[发明专利]电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置

说明书

本发明公开了一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置，该方法包括，基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。该方法使得能够在恒转矩区、恒功率区和恒电压区的全转速范围内对电机应用最大转矩电流比控制，有效地降低了电机的能耗，同时提高了转矩的控制精度。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置。

背景技术

城轨牵引电机和控制系统的能耗占城轨交通电量总耗的绝大部分，交通领域的节能降耗对节约资源和保护环境的意义重大，因此，城轨牵引电机驱动系统的能量优化控制引起了广泛关注。

最大转矩电流比控制是广泛应用的一种用于电机的能量优化控制的控制策略。该控制策略以电机每安培电流输出转矩最大(Maximum torque per ampere，MTPA)为控制目标，是针对电机的转矩所进行的优化控制。使电机输出最小的定子电流而获得同样的转矩，从而使得电机产生的转矩与定子电流幅值之比T_e/I_s达到最大值，这样不仅可以降低电机的损耗，还在一定程度上提高了电机的运行效率。

现有的最大转矩电流比控制方法是以当电机的定子电流在基于转子磁链定向的旋转坐标系下的d轴与q轴分量相等时，T_e/I_s取得最大值为目标进行的每安培最大转矩控制的优化设计。因此，只要控制电机的定子电流在基于转子磁链定向的旋转坐标系下的d轴与q轴分量相等，就可以实现每安培最大转矩控制。但目前这种最大转矩电流比控制方案的运行区域只局限于恒转矩区，没有应用到弱磁区，使其对于电机整体的控制性能大幅降低。

针对上述问题，本发明提出一种能够应用于全转速范围内的最大转矩电流比控制方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够应用于全转速范围内的最大转矩电流比控制方案。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法，包括：基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。

优选地，电压和/或电流的数值限制包括：在恒转矩区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流；在恒功率区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流且电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压；在恒电压区，电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压。

优选地，在基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系的步骤中包括：基于离线辨识建立电机的互感与励磁电流之间的对应关系；对所述对应关系进行曲线拟合以得到电机的互感与励磁电流之间的关系曲线；根据稳态下电机的输出转矩与互感之间的函数关系以及所述电机的互感与励磁电流之间的关系曲线确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系。

优选地，根据以下表达式确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩的函数关系：