CN111628690A - 自寻优车载永磁同步电机标定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自寻优车载永磁同步电机标定方法及系统，所述方法是根据待标定电机的目标外特性曲线，对每一个转速下每一个扭矩点通过自动寻优获得最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)和目标转矩Ter，将所述电流指令(Id,Iq)自动输入至设置于待标定电机的控制器中的电机系统中，由电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，直至每一个扭矩点的反馈扭矩Tef符合目标外特性曲线的标定过程。本发明基于DownHill Simplex寻优算法实现，对于电流闭环控制系统的扭矩标定过程中能够有效的克服手工标定中的人为读数误差，还能减小温度变化对于标定的影响，自寻优算法比基于拟合的方法对于标定结果有着更高的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车台架测试技术领域，具体地指一种自寻优车载永磁同步电机标定方法及系统。
背景技术
全球能源与环境的严峻形势、特别是国际金融危机对汽车产业的巨大冲击，推动世界各国加快交通能源战略转型，以混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的新能源汽车成为未来汽车发展的重要方向。
由于电动汽车在当前却面临着续驶里程短、电池价格贵、基础设施不完善等困难，需要相当一段时间的努力才可能逐步解决；而新能源汽车在现阶段具备更好的产业化条件，新能源动力汽车对我国汽车产业发展具有十分重要意义。
目前，大多数厂家在电机台架标定的过程中都采用人工标定的方法，即在不同的工况(不同需求转矩T和电机转速η)下，通过设置该扭矩点的初始电流指令(Id,Iq)，然后人工观察台架的实测扭矩，电流值与电机效率，做出判断，持续手工调整电流指令，去得到标定点的最佳扭矩指令(Id,Iq)的数值来匹配到最佳转矩，从而得到需要的Id和Iq的目标值。此种方法在人工处理过程中会产生读数误差；会导致电机温度变化范围较大，影响磁链大小，进而影响标定精度；更重要的是，会占用宝贵的工程师资源，花费较长的时间进行标定和数据处理，从而限制了电机台架标定的精度和标定工作效率的提高。手动标定的标定周期长，在台架开发试验中需要扫描大量的工况点，每个工况点的电压、电流、有需要保持在限定的边界范围内，试验工程师和标定工程师的时间被消耗在大量重复性工作上面。手动标定的工作量大，扭矩精度要求越高，标定扭矩点分度越细，标定工作量呈几何级数增加；测试结果后期还需要人为编辑标定数据和测试报告，且无法保证报告的质量。人工标定严重依赖标定工程师的经验，难以提高实车扭矩精度，手工错误导致时间的无效使用，导致测试计划出现一再延迟。长期占用台架资源。
在现有技术中，一篇中国专利文献(公开号CN106452266B)公开了一种车载电机自动标定方法及装置，该发明的技术方案主要是根据直交轴电流与扭矩的输出计算得到扭矩常数，再根据扭矩常数去进行曲线拟合，得到扭矩-直轴电流的最佳曲线，但是实际永磁同步电机，只有部分是线性区域，虽然该专利中说明了通过增加采样点来提高标定的精度，但对于实际温度和非线性区域对于电机标定的影响问题无法解决；另一篇中国专利文献(公开号CN109818543A)公开了一种电机自动标定方法、装置及控制器。该发明的技术方案主要是通过直交轴电流和直交轴电压以及电机转矩的关系进行数据处理之后获得不同转速下的给定转矩与直交轴电流的对应关系，当然也有过温检测功能，但是对于具体的如何进行数据处理并没有进行详细的说明，还要缺少对于电流保护以及自动升降转速等功能；还有一篇中国专利文献(公开号CN108226774A)公开了电动汽车用永磁同步电机的自动标定系统及方法。该专利主要是用工控机自动测量满足电机控制器的极限电压和电流的所有电流命令值，并且记录各个命令值下的定子电压磁通扭矩以及温度等参数，通过插值拟合的方式找到电机控制的最优电流命令值，虽然是通过实际测量数据进行标定，但是由于只是通过极限值去拟合其他点的最优电流命令值，这里面涉及的运算复杂，依然是基于一种预测，在实际标定中可能会存在一定的偏差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种自寻优车载永磁同步电机标定方法及系统，将电机系统的手动标定工作中的重复性内容被机器所替代，大幅度减少标定工程师的工作重复度；且对手动标定过程中人为误差进行了抑制，提升了标定的整体精度，而且对于标定工作的效率有着明显提升，缩短了电机标定周期；对于标定过程中，程序能够自动完成升/降转速、温度范围控制的操作，提升了自动标定的自动化水平。
为实现上述目的，本发明所设计的自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特殊之处在于，所述方法是根据待标定电机的目标外特性曲线，对每一个转速下每一个扭矩点通过自动寻优获得最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)和目标转矩Ter，将所述电流指令(Id,Iq)自动输入至设置于待标定电机的控制器中的电机系统中，由电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，直至每一个扭矩点的反馈扭矩Tef符合目标外特性曲线的标定过程，所述方法包括步骤：
1)根据待标定电机的目标外特性曲线中一个扭矩点的目标扭矩Ter，设置该扭矩点的初始电流指令(Id,Iq)、扭矩精度DeltTe、目标转矩的预设值，将预设值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef；
2)将反馈扭矩Tef记录并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内则前往步骤5)，否则前往步骤3)；
3)对该扭矩点的最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)、目标扭矩Ter进行寻优运算，循环运算直到达到设定的次数上限或者满足设定的目标函数的允许误差后，退出循环并记录当前的寻优点(Id,Iq)；
4)将寻优点(Id,Iq)对应的值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，记录反馈扭矩Tef并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内则前往步骤5)，否则返回步骤1)；
5)将每一个扭矩点的寻优点(Id,Iq)和对应的转速、目标扭矩Ter、当前点的反馈扭矩Tef，进行自动记录，跳转至下一个扭矩点进行寻优，返回步骤1)，直至所有扭矩点已记录则完成标定。
优选地，所述标定过程中实时监测电机温度，当电机温度超出预先设置的电机温度工作范围时将反馈扭矩Tef设置为0。
优选地，所述寻优运算包括步骤：
101)设置单纯形目标函数Y及其系数a、b，目标函数公式为：
设置最大迭代次数N及允许误差Tolerance；对迭代次数进行初始化，即令n＝0；以初始电流指令(Id,Iq)设置起始点(Id0,Iq0)和搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，Δd0、Δq0为设定的误差参数；
102)根据随机函数rand(Id0,Iq0)结合搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，生成另外两个点(Id1,Iq1)和(Id2,Iq2)，与起始点(Id0,Iq0)构成变量空间的初始单纯形；
103)将点P0＝(Id0,Iq0)、P1＝(Id1,Iq1)、P2＝(Id2,Iq2)输入至电机系统，通过测试台架获取这些初始单纯形各顶点的反馈扭矩Tef(Pi)，式中i＝0、1、2；
104)将点Pi＝(Idi,Iqi)以及其对应的反馈扭矩Tef(Pi)代入目标函数公式(1)进行计算对应的Yi函数值，对函数值Yi进行排序，形成Ymin≤Ymid≤YMax；这三个对应的点(Idi,Iqi)分别记为Pmin,Pmid,Pmax；
105)对最差的点Pmax进行反射操作，得到相应的反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，将反射点Preflection＝(Idr,Iqr)输入至闭环控制的电机系统，得到反射点相应的反馈扭矩Tereflection(Idr,Iqr)，计算相应的反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)；
106)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与步骤104)中得到的Ymin进行比较操作，前者小即反射点比初始单纯形的最优点更好，前往步骤107)执行扩张流程，后者小即反射点比初始单纯形的最优点更差，前往执行步骤108)收缩流程；
107)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)同向试探，进行扩张操作，用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优；
108)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，进行收缩操作，用扩张点Pcontraction＝(Idc,Iqc)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优。
优选地，所述步骤107)中扩张操作的具体步骤为：
201)将反射点Preflection进行扩张得到相应的扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)并输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Teexpansion(Ide,Iqe)；
202)将Teexpansion(Ide,Iqe)、Ide、Iqe这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Yexpansion(Ide,Iqe)的值；
203)将Yexpansion(Ide,Iqe)的值与反射点的Yreflection(Idr,Iqr)进行比较，当扩张点Pexpansion(Ide,Iqe)的值比反射点的Preflection(Idr,Iqr)更好，即Yexpansion(Ide,Iqe)≤Yreflection(Idr,Iqr)，则执行步骤204)；否则即Yexpansion(Ide,Iqe)＞Yreflection(Idr,Iqr)去执行步骤205)；
204)用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)替换Pmax；
205)用反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax；
206)将替换后的Pmax结合Pmin,Pmid这两个点形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
207)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优。
优选地，所述步骤108)中收缩操作的具体步骤为：
301)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的次差点Ymid的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymid作为判断条件，当判断结果为“是”时，进行302)；否则执行310)。
302)将Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的最差点Ymax的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymax作为判断条件，当判断结果为“是”时，执行304)内部收缩；否则执行303)外部收缩。
303)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax要好一些，从而进行外部收缩操作，将反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形外部；
304)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax还要差，从而进行内部收缩操作，将之前的反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形内部；
305)根据303)或者304)中得到的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Tecontraction(Idc,Iqc)的值；
306)根据将305)中得到的Tecontraction(Idc,Iqc)、Idc、Iqc这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Ycontraction(Idc,Iqc)的值；
307)将306)中收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)对应的Ycontraction(Idc,Iqc)值与最坏点的Ymax进行比较，当收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)比最坏点的Pmax还要差，即Ycontraction(Idc,Iqc)＞min(Ymax，Yreflection)，说明单纯形太大，需要进行压缩，那么执行308；否则即Ycontraction(Idc,Iqc)≤min(Ymax，Yreflection)，去跳转执行309)；
308)保留相对最优的点Pmin，剩余的两个点Pmid,Pmax对其进行压缩处理，即使这两点到Pmin点的距离减半，然后这两个新的点替换旧单纯形顶点，构成新的单纯形；
309)用收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)替换Pmax，跳转至步骤311)；
310)根据步骤301)，当Yreflection(Idr,Iqr)≤Ymax，说明当前反射点介于最好最差点之间，那么用点Preflection替换点Pmax；
311)根据步骤309)或310)中对点Pmax做替换之后，再结合步骤104)中得到的Pmin,Pmid这两个点，又形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
312)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优。
本发明还提出一种自寻优车载永磁同步电机标定系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，其特殊之处在于，该处理器被配置为执行该计算机程序时实现如上述方法的步骤。
进一步地，所述电机标定系统还包括电机、闭环控制的电机系统和试验台架，所述标定系统执行自寻优车载永磁同步电机标定方法，向闭环控制的电机系统输入寻优点(Id,Iq)、目标转矩，闭环控制的电机系统根据试验台架和电机反馈，向标定系统传输该寻优点的反馈扭矩Tef。
优选地，所述拓扑优化模型的约束条件包括左右对称条件。
与现有技术相比，本发明只需要给定一个大致的初始点，就能完成对整个电机的MAP扫点工作，中间运行过程无需人为操作，更无需人为去计算转矩电流比，也不需要拟合参数或者曲线，大大提高了自动标定的适用范围，而且本发明涉及到的方法是根据台架测试实时的进行寻优，这样避免了拟合方法带来的后期不断修正，直接寻优完成后的数据点，能够直接生成相关的MAP表，从真正意义上将标定工作实现自动化。
本发明公开的一种自寻优的永磁同步电机系统的自动标定方法和系统，基于DownHill Simplex寻优算法实现，对于电流闭环控制系统的扭矩标定过程中能够有效的克服手工标定中的人为读数误差，还能减小温度变化对于标定的影响，自寻优算法只需要给定一个起始点，就能完成整个MAP的标定，并自动记录指定的数据内容，相比拟合方法给定点的数量会直接影响到拟合的精度，所以自寻优算法比基于拟合的方法对于标定结果有着更高的精确度。在运行过程中不需要人为操作，上位机能够跟台架通讯完成升/降转速、温度范围控制等操作，极大程度上减轻标定工程师的工作量，可以实现全天候自动运行，还具备完善对电流、温度、母线电压的保护功能，提高了台架的资源利用效率，极大程度提高了自动标定的自动化程度。
附图说明
图1为downhill simplex单纯形法的反射原理图。
图2为downhill simplex单纯形法的扩张原理图。
图3为downhill simplex单纯形法的外部收缩原理图。
图4为downhill simplex单纯形法的内部收缩原理图。
图5为downhill simplex单纯形法的压缩原理图。
图6为本发明提出的自寻优的永磁同步电机系统的自动标定方法流程图。
图7为实现本发明提出的标定方法的一个实施例的自动标定控制系统框图。
图8为本发明提出的自寻优的永磁同步电机系统的自动标定方法中寻优算法的流程图。
图9为图8中扩张步骤的流程图。
图10为图9中收缩步骤的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明提出一种自寻优车载永磁同步电机标定方法，该方法是根据待标定电机的目标外特性曲线，对每一个转速下每一个扭矩点通过自动寻优获得最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)和目标转矩Ter，将所述电流指令(Id,Iq)自动输入至设置于待标定电机的控制器中的电机系统中，由电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，直至每一个扭矩点的反馈扭矩Tef符合目标外特性曲线的标定过程。
本发明基于DownHill Simplex寻优算法实现，该方法实现的方式多种多样。除了基本算法中一些次要的计算细节外，关键点在于初始单纯形的构造，以及用于结束迭代过程的收敛或终止测试的选择。二维空间的单纯形算法原理如下：
初始单纯形
初始单纯形S通常是由给定的输入点，Pin＝P0(Id0,Iq0)来生成另外的两个单纯形顶点，Pj＝P0+hj*ej,j＝1,2,其中hj是沿单位向量ej的步长。而且S单纯形为规则单纯形，其中所有边具有相同的指定长度。
单纯形计算算法如下：
1、排序：确定系数min/mid/max分别代表最优点、次差点、最差点。所以排序必须满足Ymin≤Ymid≤Ymax。
2、质心：计算质心c最佳边的对边是最差顶点的对边，在本算法中，质心C＝(P1+P2)/2。
3、变换函数：基于当前的单纯形用于计算新的运算单纯形。第一点，通过反射，扩张或者收缩去取代最差点Pmax去满足最好的一侧。算法中所有的尝试点都位于最差点Pmax和质心C构成的直线上，而且在每一次迭代都去计算他们中的两个。如果成功，那么新接受的点会变成运算单纯形新的顶点。如果失败，则向最优点Pmin对单纯形进行shrink压缩操作。
算法中涉及一系列的系数，其中，反射系数是α，contraction收缩系数是β，扩张系数是γ，shrink压缩系数是δ。这些系数应该满足：α＞0，0＜β＜1，γ＞1，γ＞α，0＜δ＜1。
下面介绍算法中用到的几种变换的原理。
1、反射：如图1所示，计算反射点Preflection＝C+α(C-Pmax)而且Yreflection＝Y(Preflection)。假如Ymin≤Yreflection＜Ymid，那么接受该反射点Preflection并终止迭代。
2、扩张：如图2所示，如果Yreflection＜Ymin，计算扩张点Pexpansion＝C+γ(Preflection-C)，如果扩张点Yexpansion＜Yreflection，那么接受扩张点Pexpansion而且终止迭代。否则(如果Yexpansion≥Yreflection),接受反射点Yreflection，并且终止迭代。
3、收缩：如果Yreflection≥Ymid,用两个更好的点Pmax和Preflection计算收缩点Pcontraction，
3.1外部收缩：如图3所示，Ymid≤Yreflection＜Ymax，计算Pcontraction＝C+β*(Preflection-C),如果Ycontraction≤Yreflection，那么接受收缩点Pcontraction且终止迭代。
3.2内部收缩：如图4所示，Yreflection≥Ymax，计算Pcontraction＝C+β*(Pmax-C)，而且Ycontraction＜Ymax，接受收缩点Pcontraction并且终止迭代。
4、其他情况，如图5所示，则采用shrink压缩转换。
shrink压缩转换：如图5所示，计算另外另两个新的顶点，Pj＝Pmin+δ*(Pj-Pmin)，其中j＝0,1,2…，但是j≠min值。
最后的shrink压缩变换主要是是为了阻止算法陷入以下的情况：
失败的contraction收缩虽然是非常少见，但当一个“山谷”是弯曲的，且单纯形的一个点比其他点离谷底远得多时，这种情况就会发生contraction收缩失败；contraction收缩可能会导致反射点向逃离谷底移动而不是向谷底移动。然后进一步的收缩是无用的。所以建议的动作将单纯形采用contraction向最低点收缩，并最终将所有的点都带入“山谷”。
对于标定工作，其实就是根据最大转矩电流比以及目标转矩的值进行寻优点(Id,Iq)的综合评估，自动标定MCU中设置的自动标定软件和基于DBC文件的标定软件，切换到国际标准的ASAM2协议，解析现有的数据并自动生成ASAM2标准的文件，自动生成的ASAM2文件能导入到标定软件。
标定软件满足如刷写标定数据、在线修改标定变量、实时监控记录测量变量、标定数据管理以及测量数据离线分析处理。
测量硬件连接MCU和标定软件，并与台架PUMA通讯，测量电机的电流、电压和温度。
自动标定软件控制标定软件以及PUMA台架，丰富的接口和库，良好的图形化界面，自动完成大部分的标定测量任务。
图7简单示出了实现本发明的方法的系统架构。系统主要是由台架上位机、电机控制器MCU、电机、台架冷却系统、测功机PUMA系统组成，系统运行中涉及了电机转速控制、温度控制及保护、电流保护限定、信号反馈、台架实测扭矩和台架转速控制等工作过程。
如图6所示，对于整个电机的具体的扫点的流程如下：
第一步：先是通讯方面的自检，上位机跟台架和电机控制器(MCU)进行通讯测试、数据采集设备以及功率计的自检。然后是传感器的自检，电压、电流、温度、扭矩以及转速等传感器的自检。
第二步：是系统功能上下电自检：其中包括了对于台架基本功能的自检，比如上下高压电、测功机的低速运行等，然后对于整个冷却系统的水温以及流量的控制，电机系统的开关使能、以及相关指令的响应等，最后还要涉及到采集系统能否正确的采集到功率、扭矩、转速等指标。
第三步：为标定设定好相应的水温以及流量，设定好标定的限制保护值及相关的边界。然后设定台架直流母线电压U(初始U＝Umin)、设定标定转速(初始转速Speed＝0)、设定标定上下边界，包括电压最大值Umax、转速最大值Speedmax、扭矩最大值TeMax，设定相关标定的步长，包括转速步长SpeedStep、电压步长UStep、扭矩步长TeStep(要求范围段与步长可整除)。
第四步：根据相关的算法进行当前点的自寻优的标定，当满足退出条件(达到扭矩精度)那么则进行下一个转速点Speed的标定工作。具体实施过程为：
1)根据待标定电机的目标外特性曲线中一个扭矩点的目标扭矩Ter，设置该扭矩点的初始电流指令(Id,Iq)、目标转矩的预设值Ter，扭矩精度DeltTe，将预设值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef；
2)将反馈扭矩Tef记录并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内Ter－Tef≤DeltTe则前往步骤5)，否则前往步骤3)；
3)对该扭矩点的最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)、目标扭矩Ter进行寻优运算，循环运算直到达到设定的次数上限或者满足设定的目标函数的允许误差后，退出循环并记录当前的寻优点(Id,Iq)；
4)将寻优点(Id,Iq)对应的值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，记录反馈扭矩Tef并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内则前往步骤5)，否则返回步骤1)；
5)将每一个扭矩点的寻优点(Id,Iq)和对应的转速、目标扭矩Ter、当前点的反馈扭矩Tef，进行自动记录，跳转至下一个扭矩点进行寻优，Ter＝Ter+TeStep，返回步骤1)，直至所有扭矩点已记录则完成标定Ter+TeStep＞TeMax。
第五步：当完成一个转速下的所有点，则需要进行升转速操作Speed＝Speed+SpeedStep，然后重复第四步的内容。标定过程中实时监测电机温度，当电机温度超出预先设置的电机温度工作范围时将反馈扭矩Tef设置为0。直至设置的所有转速都完成了自动标定寻优。跳转至下一个电压值进行寻优U＝U+TeStep，返回步骤1)，直至所有扭矩点已记录则完成标定U+UStep≥UMax，最后将转速降为0，结束自动标定。
上面对于外围整个电机的标定点的总运行过程的描述，对于每一个扭矩点进行寻优运算如图8所示，具体过程如下：
101)设置单纯形系数：反射系数α，收缩系数β，扩张系数γ的值分别为α＝1，β＝0.5，γ＝2，δ＝0.5。设置单纯形目标函数Y、shrink压缩系数是δ及其系数a、b，目标函数公式为：
设置最大迭代次数N及允许误差Tolerance；对迭代次数进行初始化，即令n＝0；以初始电流指令(Id,Iq)设置起始点(Id0,Iq0)和搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，Δd0、Δq0为设定的误差参数；
102)根据随机函数rand(Id0,Iq0)结合搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，生成另外两个点(Id1,Iq1)和(Id2,Iq2)，与起始点(Id0,Iq0)构成变量空间的初始单纯形；
103)将点P0＝(Id0,Iq0)、P1＝(Id1,Iq1)、P2＝(Id2,Iq2)输入至电机系统，通过测试台架获取这些初始单纯形各顶点的反馈扭矩Tef(Pi)，式中i＝0、1、2；
104)将点Pi＝(Idi,Iqi)以及其对应的反馈扭矩Tef(Pi)代入目标函数公式(1)进行计算对应的Yi函数值，对函数值Yi进行排序，形成Ymin≤Ymid≤YMax；这三个对应的点(Idi,Iqi)分别记为Pmin,Pmid,Pmax；
105)对Pmin,Pmid,Pmax这三个点中最差的点Pmax进行反射操作，根据前文中介绍的反射变换理论Preflection＝C+α(C-Pmax)，得到相应的反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，然后将反射点Preflection＝(Idr,Iqr)输入至闭环控制的电机系统，得到反射点相应的反馈扭矩Tereflection(Idr,Iqr)，计算相应的反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)；
106)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与步骤104)中得到的Ymin进行比较操作，前者小即反射点比初始单纯形的最优点更好，前往步骤107)执行扩张流程，后者小即反射点比初始单纯形的最优点更差，前往执行步骤108)收缩流程；
107)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)同向试探，进行扩张操作，用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优；
108)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，进行收缩操作，用扩张点Pcontraction＝(Idc,Iqc)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优。
对于执行步骤107)扩张步骤，那么代表反射点Yreflection(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最优点Ymin还要好，所以需要进行同向的试探，从而进行扩张操作，根据前文中介绍的扩张变换理论Pexpansion＝C+γ(Preflection-C)，将之前的反射点Preflection进行扩张得到相应的扩张点Pexpansion＝(Idr,Iqr)，如图9所示，其具体实施过程为：
201)将反射点Preflection进行扩张Pexpansion＝C+γ(Preflection-C)得到相应的扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)并输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Teexpansion(Ide,Iqe)；
202)将Teexpansion(Ide,Iqe)、Ide、Iqe这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Yexpansion(Ide,Iqe)的值；
203)将Yexpansion(Ide,Iqe)的值与反射点的Yreflection(Idr,Iqr)进行比较，当扩张点Pexpansion(Ide,Iqe)的值比反射点的Preflection(Idr,Iqr)更好，即Yexpansion(Ide,Iqe)≤Yreflection(Idr,Iqr)，则执行步骤204)；否则即Yexpansion(Ide,Iqe)＞Yreflection(Idr,Iqr)去执行步骤205)；
204)用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)替换Pmax；
205)用反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax；
206)将替换后的Pmax结合Pmin,Pmid这两个点形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
207)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，将Yi值和迭代次数n作为步骤107)的输出项。
对于执行步骤108)收缩步骤，那么代表反射点Yreflection(Idr,Iqr)比初始单纯形的最优点更差，根据前文中介绍的收缩理论其具体实施过程如下，如图10所示。
301)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的次差点Ymid的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymid作为判断条件，当判断结果为“是”时，进行302)；否则执行310)。
302)将Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的最差点Ymax的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymax作为判断条件，当判断结果为“是”时，执行304)内部收缩；否则执行303)外部收缩。
303)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax要好一些，从而进行外部收缩操作Pcontraction＝C+β*(Preflection-C)，将反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形外部；
304)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax还要差，所以需要进行反向的试探，从而进行内部收缩操作，根据前文中介绍的内部收缩变换理论Pcontraction＝C+β*(Pmax-C)，将之前的反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形内部；
305)根据303)或者304)中得到的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Tecontraction(Idc,Iqc)的值；
306)根据将305)中得到的Tecontraction(Idc,Iqc)、Idc、Iqc这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Ycontraction(Idc,Iqc)的值；
307)将306)中收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)对应的Ycontraction(Idc,Iqc)值与最坏点的Ymax进行比较，当收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)比最坏点的Pmax还要差，即Ycontraction(Idc,Iqc)＞min(Ymax，Yreflection)，说明单纯形太大，需要进行压缩，那么执行308；否则即Ycontraction(Idc,Iqc)≤min(Ymax，Yreflection)，去跳转执行309)；
308)根据前文中介绍的单纯形shrink压缩变换理论，保留相对最优的点Pmin，剩余的两个点Pmid,Pmax对其进行压缩处理，即使这两点到Pmin点的距离减半，然后这两个新的点替换旧单纯形顶点，构成新的单纯形；
309)用收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)替换Pmax，跳转至步骤311)；
310)根据步骤301)，当Yreflection(Idr,Iqr)≤Ymax，说明当前反射点介于最好最差点之间，那么用点Preflection替换点Pmax；
311)根据步骤309)或310)中对点Pmax做替换之后，再结合步骤104)中得到的Pmin,Pmid这两个点，又形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
312)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，将Yi值和迭代次数n作为步骤108)的输出项。
本发明还提出一种自寻优车载永磁同步电机标定系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，该处理器被配置为执行该计算机程序时实现上述方法的步骤。该标定系统包括电机、闭环控制的电机系统和试验台架，所述标定系统执行自寻优车载永磁同步电机标定方法，向闭环控制的电机系统输入寻优点(Id,Iq)、目标转矩，闭环控制的电机系统根据试验台架和电机反馈，向标定系统传输该寻优点的反馈扭矩Tef。
最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述方法是根据待标定电机的目标外特性曲线，对每一个转速下每一个扭矩点通过自动寻优获得最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)和目标转矩Ter，将所述电流指令(Id,Iq)自动输入至设置于待标定电机的控制器中的电机系统中，由电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，直至每一个扭矩点的反馈扭矩Tef符合目标外特性曲线的标定过程，所述方法包括步骤：
1)根据待标定电机的目标外特性曲线中一个扭矩点的目标扭矩Ter，设置该扭矩点的初始电流指令(Id,Iq)、扭矩精度DeltTe、目标转矩的预设值，将预设值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef；
2)将反馈扭矩Tef记录并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内则前往步骤5)，否则前往步骤3)；
3)对该扭矩点的最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)、目标扭矩Ter进行寻优运算，循环运算直到达到设定的次数上限或者满足设定的目标函数的允许误差后，退出循环并记录当前的寻优点(Id,Iq)；
4)将寻优点(Id,Iq)对应的值自动输入至电机系统中，电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，记录反馈扭矩Tef并与目标扭矩Ter的值进行做差计算，做差结果在设定的误差范围内则前往步骤5)，否则返回步骤1)；
5)将每一个扭矩点的寻优点(Id,Iq)和对应的转速、目标扭矩Ter、当前点的反馈扭矩Tef，进行自动记录，跳转至下一个扭矩点进行寻优，返回步骤1)，直至所有扭矩点已记录则完成标定。
2.根据权利要求1所述的自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述标定过程中实时监测电机温度，当电机温度超出预先设置的电机温度工作范围时将反馈扭矩Tef设置为0。
3.根据权利要求1所述的自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述寻优运算包括步骤：
101)设置单纯形目标函数Y及其系数a、b，目标函数公式为：
设置最大迭代次数N及允许误差Tolerance；对迭代次数进行初始化，即令n＝0；以初始电流指令(Id,Iq)设置起始点(Id0,Iq0)和搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，Δd0、Δq0为设定的误差参数；
102)根据随机函数rand(Id0,Iq0)结合搜索范围([Id0-Δd0,Id0+Δd0],[Iq0-Δq0,Iq0+Δq0])，生成另外两个点(Id1,Iq1)和(Id2,Iq2)，与起始点(Id0,Iq0)构成变量空间的初始单纯形；
103)将点P0＝(Id0,Iq0)、P1＝(Id1,Iq1)、P2＝(Id2,Iq2)输入至电机系统，通过测试台架获取这些初始单纯形各顶点的反馈扭矩Tef(Pi)，式中i＝0、1、2；
104)将点Pi＝(Idi,Iqi)以及其对应的反馈扭矩Tef(Pi)代入目标函数公式(1)进行计算对应的Yi函数值，对函数值Yi进行排序，形成Ymin≤Ymid≤YMax；这三个对应的点(Idi,Iqi)分别记为Pmin,Pmid,Pmax；
105)对最差的点Pmax进行反射操作，得到相应的反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，将反射点Preflection＝(Idr,Iqr)输入至闭环控制的电机系统，得到反射点相应的反馈扭矩Tereflection(Idr,Iqr)，计算相应的反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)；
106)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与步骤104)中得到的Ymin进行比较操作，前者小即反射点比初始单纯形的最优点更好，前往步骤107)执行扩张流程，后者小即反射点比初始单纯形的最优点更差，前往执行步骤108)收缩流程；
107)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)同向试探，进行扩张操作，用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优；
108)对反射点Preflection＝(Idr,Iqr)，进行收缩操作，用扩张点Pcontraction＝(Idc,Iqc)或反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax，结合之前的Pmin、Pmid这两个点，又形成新的单纯形，迭代次数n＝n+1，返回步骤103)直至迭代次数达到最大迭代次数N或者函数值Y满足在初始设定的允许误差范围内，记录当前的点(Id,Iq)，完成寻优点(Id,Iq)的自动寻优。
4.根据权利要求3所述的自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述步骤107)中扩张操作的具体步骤为：
201)将反射点Preflection进行扩张得到相应的扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)并输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Teexpansion(Ide,Iqe)；
202)将Teexpansion(Ide,Iqe)、Ide、Iqe这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Yexpansion(Ide,Iqe)的值；
203)将Yexpansion(Ide,Iqe)的值与反射点的Yreflection(Idr,Iqr)进行比较，当扩张点Pexpansion(Ide,Iqe)的值比反射点的Preflection(Idr,Iqr)更好，即Yexpansion(Ide,Iqe)≤Yreflection(Idr,Iqr)，则执行步骤204)；否则即Yexpansion(Ide,Iqe)＞Yreflection(Idr,Iqr)去执行步骤205)；
204)用扩张点Pexpansion＝(Ide,Iqe)替换Pmax；
205)用反射点Preflection＝(Idr,Iqr)替换Pmax；
206)将替换后的Pmax结合Pmin,Pmid这两个点形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
207)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，将Yi值和迭代次数n作为步骤107)的输出项。
5.根据权利要求3所述的自寻优车载永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述步骤108)中收缩操作的具体步骤为：
301)将反射点函数值Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的次差点Ymid的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymid作为判断条件，当判断结果为“是”时，进行302)；否则执行310)。
302)将Yreflection(Idr,Iqr)与初始单纯形中的最差点Ymax的值进行对比，即Yreflection(Idr,Iqr)＞Ymax作为判断条件，当判断结果为“是”时，执行304)内部收缩；否则执行303)外部收缩。
303)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax要好一些，从而进行外部收缩操作，将反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形外部；
304)反射点Preflection＝(Idr,Iqr)比初始单纯形中的最差点Ymax还要差，从而进行内部收缩操作，将之前的反射点Preflection进行收缩得到相应的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)，此时收缩点在初始单纯形内部；
305)根据303)或者304)中得到的收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)输入至闭环控制的电机系统得到反馈扭矩Tecontraction(Idc,Iqc)的值；
306)根据将305)中得到的Tecontraction(Idc,Iqc)、Idc、Iqc这三个变量值，根据公式(1)计算相应的目标函数Ycontraction(Idc,Iqc)的值；
307)将306)中收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)对应的Ycontraction(Idc,Iqc)值与最坏点的Ymax进行比较，当收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)比最坏点的Pmax还要差，即Ycontraction(Idc,Iqc)＞min(Ymax，Yreflection)，说明单纯形太大，需要进行压缩，那么执行308；否则即Ycontraction(Idc,Iqc)≤min(Ymax，Yreflection)，去跳转执行309)；
308)保留相对最优的点Pmin，剩余的两个点Pmid,Pmax对其进行压缩处理，即使这两点到Pmin点的距离减半，然后这两个新的点替换旧单纯形顶点，构成新的单纯形；
309)用收缩点Pcontraction＝(Idc,Iqc)替换Pmax，跳转至步骤311)；
310)根据步骤301)，当Yreflection(Idr,Iqr)≤Ymax，说明当前反射点介于最好最差点之间，那么用点Preflection替换点Pmax；
311)根据步骤309)或310)中对点Pmax做替换之后，再结合步骤104)中得到的Pmin,Pmid这两个点，又形成新的单纯形；并且在本步骤中对迭代次数进行加一计数操作，即n＝n+1；
312)计算新的单纯形的坐标点Pi＝(Idi,Iqi)其中i＝0,1,2的对应Yi值，当所有的Yi值满足在初始设定的允许误差范围内，即判断Y值≤允许误差，将Yi值和迭代次数n作为步骤108)的输出项。
6.一种自寻优车载永磁同步电机标定系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，其特征在于：该处理器被配置为执行该计算机程序时实现如权利要求1～5中任一项所述方法的步骤。
7.一种根据权利要求6所述的自寻优车载永磁同步电机标定系统，其特征在于：还包括电机、闭环控制的电机系统和试验台架，所述标定系统执行自寻优车载永磁同步电机标定方法，向闭环控制的电机系统输入寻优点(Id,Iq)、目标转矩，闭环控制的电机系统根据试验台架和电机反馈，向标定系统传输该寻优点的反馈扭矩Tef。
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