[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

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机最大效率转矩比控制方法及控制器，所述方法包括：S1、根据给定的永磁同步电机的目标转矩，采用MTPA曲线迭代获取目标转矩对应的最小电流工作点下的定子dq轴电流；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，当前永磁同步电机的电压极限椭圆、电流极限圆，基于永磁同步电机工作点选取模型，获取新的工作点。上述方法相较于线性化方式大大弱化了电压约束条件，可获得更佳的动态响应；能准确的求取MTPA曲线与电流限制曲线或电压限制曲线的交点避免了出现因计算误差而导致的转矩不稳定甚至震荡情况的出现。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术，尤其涉及一种永磁同步电机最大效率转矩比控制方法及控制器。

背景技术

永磁同步电动机以其体积小、效率高、功率密度大等优点而成为最具竞争力的电动汽车牵引电机，目前在日本的电动汽车上已得到了广泛的应用.永磁同步电机组成的闭环调速系统可以实现优良的动态性能、高精度和很宽的调整范围，在要求高性能、快速响应的场合具有很好的应用前景。因此，电动机性能的好坏，将很大程度上决定了电动汽车性能的优劣。永磁同步电机具有高功率密度、高效率和优良的调速性能，因此成为了我国电动汽车的主流驱动电机。随着科技的飞速发展，人们日渐追求着更高的功率密度，与之而来的便是更小的电机及逆变器体积、不断提高的逆变器开关频率，这将给永磁同步电机带来越来越大的热环境的挑战。恶劣的热环境将严重限制永磁同步电机性能的发挥，并导致定子绕组绝缘老化、甚至导致永磁体退磁。在不改变现有硬件的基础上，通过改进永磁同步电机的控制策略来提高其运行效率，则能减小电机发热，改善电机的热环境。同时，电动汽车的续航能力一直是电动汽车在推广过程中有待解决的问题之一。效率及其区间范围在很大程度上影响了新能源汽车的续航能力，制约其进一步的发展和应用。我国针对新能源汽车运行效率问题，将驱动系统效率80％以上区间定义为高效区间，且高效区间应超过80％的范围。本发明具有以下优点：可改善电动汽车驱动电机系统的热环境，更好地发挥电机性能，提高电机寿命，提高电动汽车动力系统的转矩动态响应，使电动汽车具有更佳的动力性能。

为了以最小的定子电流达到目标转矩，从而将定子铜耗降至最小并发挥出永磁同步电机的最大转矩性能，通常对永磁同步电机进行MTPA(MaximumTorquePerAmpere，MTPA)控制。但永磁同步电机的反电动势正比于电机转速，当单机端电压到达逆变器所能输出的最大值时，如果仍采用MTPA控制，随着转速的进一步提高，电机的输出转矩将迅速下降。这将导致永磁同步电机无法以较高的转速运行，从而无法满足电动汽车驱动电机的要求。

永磁同步电机的励磁磁场由永磁体产生，因此无法像异步电机那样容易弱磁。80年代ThomasM.Jahns等人开始对永磁同步电机的弱磁控制进行探索，90年代后弱磁控制的基本原理被不断并最终完善。弱磁控制指出，对于永磁同步电机，只能通过注入负的d轴电流以实现直轴去磁，从而在更宽的调速范围内获得较好的转矩性能。近年来发展出很多基于弱磁理论的永磁同步电机的控制策略，如转子磁场定向矢量控制。转子磁场定向矢量控制是一种转矩动态响应最优的控制策略，采用矢量控制的驱动电机在额定转速附近的运行效率较高，但远离额定转速区的效率不高。所以为了提高电机的运行效率，最小损耗控制等控制方法被提出，但最小损耗控制的动态响应难以满足电动汽车频繁启停、变速的要求。

专利《一种永磁同步电机的工作电流确定方法及装置》(专利号：CN107959452A)介绍了永磁同步电机多种工况下的交直轴电流的确定方法，但是，该方法对于较远的新工作点交直轴电流计算所需迭代次数多，导致系统响应速度也相对较慢。特别是针对电动汽车应用在中速、中高负载情况下的新工作点的初始迭代点固定也相对较慢。

因此，提出针对电动汽车应用，解决其运行在中速、中高负载情况下的交直轴电流的一种永磁同步电机最大效率转矩比控制方法是非常必要的。

发明内容

(一)发明目的