[发明专利]一种混合励磁电机弱磁区稳态效率寻优控制方法

说明书

本发明公开了一种混合励磁电机弱磁区稳态效率寻优控制方法，该方法基于新型交替极混合励磁电机数学模型，推导出了电机的损耗模型，并基于该损耗模型和寻优过程中电机电磁特性的分析，提出一种基于输入功率梯度法和弱磁裕度相结合的d轴磁链扰动观测寻优策略。与现有技术相比，本发明在观测输入功率的同时，对其梯度进行标幺化处理，并作为步长系数，在提高系统效率的同时实现变步长寻优。除此之外，本发明还通过对弱磁裕度的定义，进一步解决了现有变步长效率寻优技术中存在的初始步长确定困难这一问题，并与寻优算法结合避免了某些工况下弱磁失控的可能性。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种混合励磁电机弱磁区稳态效率寻优控制方法。

背景技术

混合励磁电机作为双励磁源型电机，是相对于单一励磁源电机的拓展与延伸。新型交替极混合励磁机电机的提出，在解决传统永磁同步电机存在的永磁磁场难以调节的问题同时，兼具永磁电机的高功率密度、高转矩密度以及优异的调速性能，特别适合于电动汽车应用场合。不过额外引入的励磁绕组及电机结构的特殊性，使得工作于弱磁区的混合励磁机电机效率较低。因此，如何通过控制的手段，提高混合励磁电机弱磁区的运行效率，成为国内外研究的热点。

现阶段混合励磁电机效率优化控制方法可以分为离线和在线效率优化技术。离线效率优化技术通过求解不同工况下效率最优工作点并实时更改给定值的方式，实现效率最优，而这种算法的工作难点主要在于损耗模型的搭建，且效果严重依赖于模型和参数准确性，针对电动汽车应用背景下，频繁变动工况导致的参数扰动，电机损耗模型难以精确建立，优化效果较差。在线效率优化技术通过在每一搜索周期内，遵循某一特定规律(区间分割、步长寻优等)，以试探性的方式更改电机工作点，从而使电机不断迭代过渡到效率最优工作点。在线效率优化技术通过牺牲收敛速度以获取较强的鲁棒性，但较长的收敛时间以及随机的搜索过程导致的较大的电流和转矩波动，使其难以适用于加减速频繁的电动汽车应用场合。

发明内容

针对上述技术背景提到的不足，本发明的目的在于提供一种混合励磁电机弱磁区稳态效率寻优控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

提出的一种混合励磁电机弱磁区稳态效率优化方法，包括以下步骤：

首先推导关于研究对象交替极混合励磁的损耗模型及特性：

交替极混合励磁电机关于d、q轴磁链ψ_d、ψ_q的可控损耗(铜耗、铁耗、杂散损耗)公式如下：

其中C_str,C_fe分别为杂散损耗和铁耗的系数，ω_e为电角速度，R_s和R_f为电枢绕组和励磁绕组电阻，L_d和L_q为电枢绕组的d、q轴电感，T_e为电磁转矩，p_oe为电机极对数，ψ_f为永磁磁链，K_f为励磁绕组调磁系数。

进一步的，对上式求关于ψ_d的二阶导数，会发现P_loss是关于d轴磁链的凹函数，即针对某一运行工况下，存在某一最优d轴磁链ψ_{d_opt}值使得可控损耗最小。

进一步的，基于以上推论，以双空间矢量控制技术(DS-SVPWM)为基础搭建混合励磁电机驱动控制系统，采样得到的电流和经PI调节器输出的指令电压不仅用来生成驱动系统的开关信号还用来实时计算驱动系统的瞬时功率、弱磁裕度和d轴磁链。

进一步的，基于以上推论和驱动系统基础，以扰动观测的理论原则来决定下一寻优周期d轴磁链步长前进方向。扰动观测理论基础如下：