[发明专利]永磁同步电机最大效率转矩比控制方法及控制器

权利要求书

1.一种永磁同步电机最大效率转矩比控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、根据给定的永磁同步电机的目标转矩T_eSP，采用MTPA曲线迭代获取目标转矩T_eSP对应的最小电流工作点下的定子dq轴电流i_dSP、i_qSP；

S2、根据电机约束条件，建立永磁同步电机工作点选取模型；

S3、根据永磁同步电机的目标转矩T_eSP，当前永磁同步电机的电压极限椭圆|U|_lim、电流极限圆I_max，基于永磁同步电机工作点选取模型，获取新的工作点i_d^*、i_q^*；

所述步骤S2中，电机约束条件包括：

电机约束条件一：

新工作点i_d^*、i_q^*应位于电压极限椭圆的内部，即要满足电压要求：d|U|≤d|U|_SP；

|U|为永磁同步电机定子电压单相幅值，|U|_SP为永磁同步电机定子电压单相幅值的限制值；d|U|表示电压幅值的增量；d|U|_SP表示电压幅值的限制值的增量；

电机约束条件二：

新工作点i_d^*、i_q^*应位于电流极限圆的内部，即要满足电流要求：

(i_d^*)²+(i_q^*)²≤I_max²；

若新工作点i_d^*、i_q^*因为优先满足约束条件一而导致无法满足(i_d^*)²+(i_q^*)²≤I_max²，则新工作点i_d^*、i_q^*的选取应满足电流要求：

min[(i_d^*)²+(i_q^*)²]；

电机约束条件三：

新工作点i_d^*、i_q^*的实际转矩T_e应当与目标转矩曲线的距离最小，即新工作点对应的转矩应满足转矩要求：min|dT_eSP-dT_e|；

电机约束条件四：

新的工作点i_d^*、i_q^*应当最靠近MTPA方式计算得到的电流工作点i_dSP、i_qSP，即新的工作点应满足效率要求：min|di_dSP-di_d^*|；

所述步骤S2包括：

建立直轴电流i_d和交轴电流i_q的dq坐标系，在dq坐标系中，建立电压极限椭圆、电流极限圆、最优转矩控制曲线、目标转矩曲线；

根据电机约束条件，建立永磁同步电机工作点选取模型：

模型一：若电压极限椭圆与电流极限圆没有交点，且在dq坐标系中，电压极限椭圆整体位于电流极限圆左边，则根据电机约束条件一和约束条件二，选择电压极限椭圆与定子d轴的右交点作为新工作点i_d^*、i_q^*；

模型二：若电压极限椭圆与电流极限圆有交点，且目标转矩曲线与电流极限圆没有交点，电流极限圆与目标转矩曲线最近的点位于电压极限椭圆的内部，则根据电机约束条件一、电机约束条件二和电机约束条件三，选择MTPA曲线与电流极限圆的交点作为新工作点；

模型三：若电压极限椭圆与电流极限圆有交点，且目标转矩曲线与电流极限圆有交点，MTPA曲线与目标转矩曲线的交点位于电压极限椭圆的内部，则根据电机约束条件一、电机约束条件二、电机约束条件三、电机约束条件四，选择MTPA曲线与目标转矩曲线的交点作为新工作点；

模型四：若电压极限椭圆与电流极限圆有交点，且目标转矩曲线与电流极限圆没有交点，电流极限圆上与目标转矩曲线最近的点位于电压极限椭圆的外部，则根据电机约束条件一、电机约束条件二和电机约束条件三，选择电流极限圆和电压极限椭圆的交点作为新工作点；

模型五：若电压极限椭圆与电流极限圆有交点，目标转矩曲线与电流极限圆有交点，MTPA曲线与目标转矩曲线的交点位于电压极限椭圆的外部，电压极限椭圆与目标转矩曲线的交点位于电流极限圆内部，则根据电机约束条件一、电机约束条件二、电机约束条件三和电机约束条件四，选择电压极限椭圆与目标转矩曲线的交点作为新的工作点；

模型六：若电压极限椭圆与电流极限圆有交点，目标转矩曲线与电流极限圆有交点，且MTPA曲线与目标转矩曲线的交点位于电压极限椭圆的外部，电压极限椭圆与目标转矩曲线的交点位于电流极限圆外部，则根据电机约束条件一、电机约束条件二和电机约束条件三，选取电压极限椭圆与电流极限圆交点作为新的工作点；

所述步骤S3包括：

S31、获取当前永磁同步电机的电压极限椭圆|U|_lim、电流极限圆I_max；

S32、判断电压极限椭圆与电流极限圆是否有交点，若否，则获取第一交点i_dq0、0，并将第一交点i_dq0、0作为新工作点；所述第一交点i_dq0、0为电压极限椭圆定子d轴的右交点，若是则执行步骤S33；

S33、判断目标转矩曲线与电流极限圆是否有交点，若否，则执行步骤S34，若是，则执行步骤S35；

S34、获取第二交点i_dTm、i_qTm，判断第二交点i_dTm、i_qTm是否位于电压极限椭圆的内部，若是，则将第二交点作为新工作点，若否则执行步骤S36；所述第二交点i_dTm、i_qTm为电流极限圆与MTPA曲线的交点；

S35、获取第三交点i_dSP、i_qSP，判断第三交点i_dSP、i_qSP是否位于电压极限椭圆的内部，若否，则执行步骤S37，若是，则将第三交点i_dSP、i_qSP作为新工作点；所述第三交点i_dSP、i_qSP为MTPA曲线与目标转矩曲线的交点；

S36、获取第四交点，并将第四交点作为新工作点；所述第四交点为电流极限圆和电压极限椭圆的交点i_dUI、i_qUI；

S37、获取第五交点i_dUT、i_qUT，判断第五交点i_dUT、i_qUT是否位于电流极限圆内部，若是，则将第五交点i_dUT、i_qUT作为新工作点；若否，则执行步骤S38；所述第五交点i_dUT、i_qUT为电压极限椭圆与转矩曲线的交点i_dUT、i_qUT；

S38、获取第六交点i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`，并将第六交点i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`作为新工作点；所述第六交点i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`为电压极限椭圆与电流极限圆的交点i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`；

所述步骤S36中，获取第四交点i_dUI、i_qUI包括：

判断第一交点i_d0、0的横坐标是否大于第二交点i_dTm、i_qTm的横坐标，若是，则以第二交点i_dTm、i_qTm为迭代起始点i_d0、i_q0，建立dq坐标系，根据公式一进行迭代，获取第四交点i_dUI、i_qUI；

若否，则获取为第七交点，并以第七交点迭代起始点i_d0、i_q0，建立dq坐标系，根据公式二进行迭代，获取第四交点i_dUI、i_qUI；

所述第七交点为以第一交点i_dq0、0的横坐标为横坐标的电流极限圆上的点；

所述公式一为：

其中，I^*＝D_u×u+λ·v+x₀，D_u＝u-u^T·x₀，x₀＝[-i_d0,-i_q0]^T＝[-i_dTm,-i_qTm]^T，r_d＝R_Su_d0+ω_eL_du_q0，r_q＝R_Su_q0+ω_eL_qu_d0，L_d为当前永磁同步电机的定子d轴电感，L_q为当前永磁同步电机的定子q轴电感，u_d0为当前永磁同步电机的d轴电流，u_q0为当前永磁同步电机的q轴电流，ω_e为当前永磁同步电机的电角速度，R_S为永磁同步电机的定子电阻；

所述公式二为：