[发明专利]基于分布参数的电机气隙磁场建模方法及其应用

说明书

本发明涉及一种基于分布参数的电机气隙磁场建模方法及其应用，其中，所述建模方法包括：1)选取电机工作点：将相电流有效值和定子电流矢量相对转子位置d轴的空间相位角的电机实际工作区间分别等分，根据磁动势等效原则获得同步直角坐标系下的电机电流工作点；2)求取各工作点下电机气隙磁场分布的数值；3)对所述数值进行傅里叶级数展开；4)以关于电机电流工作点的多项式拟合傅里叶系数，并将气隙磁场波形转化为关于交直轴电流以及空间机械角度的数学模型。与现有技术相比，本发明建立电机的分布参数模型能更准确地对电机进行数学描述，将所建立的模型应用于电机控制中，提高了控制精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机驱动控制技术领域，尤其是涉及一种基于分布参数的电机气隙磁场建模方法及其应用。

背景技术

电动汽车是新能源汽车技术的主要发展方向，而电机驱动系统是电动汽车核心部件。永磁同步电机以其功率密度大、恒转矩的转速范围宽以及效率高等优点受到越来越多的应用。传统的电机控制算法大多采用电感这一集中参数来对电压与磁链方程进行描述，面装式永磁同步电机利用三相绕组之间的自感和互感建立定子坐标系下的电机模型，而凸极式永磁同步电机则采用双轴式理论，通过引入交直轴电感建立转子坐标系下的电机模型。该控制算法需要满足以下关于被控电机的两点假设：

(1)永磁励磁磁场在空间波形是完全正弦的；

(2)电机始终工作在非磁饱和区。

然而由于汽车电驱动系统的特殊性，车用的永磁同步电机无法满足以上两点假设，这使得传统电机算法描述的电机模型将由于电感参数的变化而失真严重，同时其电磁转矩的计算结果也会带有较大的偏差，使其无法满足车用永磁同步电机对转矩精确/快速控制的要求。

本发明，从气隙磁场的数值模型入手，在充分考虑电机定转子结构特征的基础上，计及气隙磁场高次谐波、电机的磁饱和，建立电机的分布参数模型，可以得到更精确的电机数学描述，进而可以得到基于模型的电机控制方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分布参数的电机气隙磁场建模方法及其应用，从气隙磁场的数值模型入手，在充分考虑电机定转子结构特征的基础上，计及气隙磁场高次谐波、电机的磁饱和，建立电机的分布参数模型，更准确地对电机进行数学描述，并将所建立的模型应用于电机控制中，提高了控制精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于分布参数的电机气隙磁场建模方法，包括以下步骤：

1)选取电机工作点：将相电流有效值I_s和定子电流矢量相对转子位置d轴的空间相位角β的电机实际工作区间分别等分为w_I与w_β份，根据磁动势等效原则获得同步直角坐标系下的电机电流工作点：

其中，β^m分别为第m个工作点的相电流有效值和空间相位角，m＝1,2,...,W，W＝w_I×w_β；

2)求取各工作点下电机气隙磁场分布的数值其中，θ_i为相应的空间电角度坐标值，i＝1,2,...,L，L为各工作点所包含的空间电角度个数；

3)对所述数值进行傅里叶级数展开：

其中，为第m个工作点下的气隙磁场波形的傅里叶拟合，p为电机极对数，M为所选取的傅里叶级数展开阶数，θ为同步直角坐标系下的空间机械角度，为其对应的第k阶傅里叶系数；