[发明专利]一种低速双三相电机驱动系统损耗优化控制方法

说明书

本发明公开了一种低速双三相电机驱动系统损耗优化控制方法，包括：针对不同绕组拓扑结构的电机数学模型，求取电流极限值；构造一个非线性优化问题，计算得到每一电角度的最优六相电流参考值；通过VSD变换将每一电角度的最优六相电流参考值转化为解耦后的电流参考值，并进行曲线拟合，得到最优电流参考表达式；将最优电流表达式作为电机控制系统的输入参考值，驱动双三相电机运行，实现损耗优化控制。本发明针对低速及静止工况，对双三相电机的不同绕组拓扑结构进行分析，在保证输出转矩不变的条件下将六相电流压缩到最低，能有效减小低速工况下的双三相电机的发热损耗，提升了电机的可靠性。此外，三相开绕组电机采用本发明的步骤也可实现低速工况下的最优损耗控制。

技术领域

本发明属于电机驱动系统的损耗优化技术领域，具体涉及一种低速双三相电机驱动系统损耗优化控制方法。

背景技术

多相电机具有容错能力强、转矩脉动小、每相功率更小的特点，同时双三相电机易于加工，可在传统三相电机绕组进行调整实现，因此双三相电机对研究高可靠高精度驱动系统有重大意义。

然而，在部分实际应用系统中，要求电机驱动系统工作在低速及静止工况下，如电梯、电动车辆、高精度数控机床等应用场合。其中，低速工况下电机仍需输出转矩驱动系统的运行及保持位置，因此电机相电流频率极低且幅值较大。这通常会导致电机单相绕组持续发热的状况，产生温度过高及热量分布不均的问题，严重影响系统运行安全。因此，对低速工况下电机驱动系统损耗优化控制具有重要意义。

近年来，多相电机控制发展迅速，双三相电机损耗优化控制也被众多学者广泛研究。然而，现有的损耗优化控制方法往往针对中高速工况，考虑电机总损耗及平均损耗的减小，对于低速及静止工况下的损耗优化技术研究有所欠缺。低速及静止工况下的电机发热损耗过高及温度分布不均等问题会对实际系统产生不可逆转的损害，严重影响系统的使用寿命。因此对于运行在低速及静止工况下的实际系统，其损耗优化技术研究是必不可少的。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中提到的低速及静止工况下现有损耗优化方法的不足，提供一种基于非线性优化的低速双三相电机驱动系统损耗优化控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

一种低速双三相电机驱动系统损耗优化控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：针对不同绕组拓扑结构的电机数学模型，分析在不改变转矩输出的条件下，相电流幅值可达到的最小值，该最小值即为电流极限值m(θ)，包括：根据隔离中性点拓扑结构、连接中性点拓扑结构、开绕组拓扑结构的不同电流约束条件，计算相应的电流极限值；其中θ为电角度；

步骤2：将所述电流极限值m(θ)以及单位转矩输出作为约束条件，将总铜耗作为目标函数，建立非线性优化问题，采用内点法进行求解得到每一电角度的最优六相电流参考值；

步骤3：通过VSD变换将每一电角度的最优六相电流参考值转化为解耦后的电流参考值，并进行曲线拟合，得到最优电流参考表达式；

步骤4：将最优电流表达式作为电机控制系统的输入参考值，驱动双三相电机运行，实现损耗优化控制。

进一步的，所述步骤1中，所述的电流极限值是在转矩输出不变的条件下所能达到的最小相电流幅值，电流受转矩条件约束的公式如下：

其中，i_q是电机在旋转坐标系下的q轴电流，其与电机输出转矩呈正比，θ_e是转子的电角度，i_A,i_B,i_C,i_D,i_E,i_F是电机的六相电流；在某电角度下，当减小最大相电流值，并增加其他相电流值对转矩进行补偿，直至所有相电流值相等时，此时的相电流值即为该电角度下的电流极限值m(θ)。