基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法

摘要

本发明公开了一种基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法，该方法包括电流闭环调节模块、电流指令发生模块、电流指令角度发生模块、有功功率计算模块、有功功率存储与比较模块和电流给定矢量修正模块。本发明解放人工标定的繁琐，实现了自动搜寻最优角度，提高生产效率；本发明可以根据标定需求任意设定步长，达到较高的标定精度。

说明书

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法。

背景技术

在车用内嵌式永磁同步电机（IPMSM）控制系统中，由于在同样电流大小下，电机的实际出力和电流的矢量角度存在一个最优关系，在电压未饱和区间运行时，电机应运行在最大转矩电流比（MTPA）曲线上，即同样电流下出力最大的角度值；目前主流的做法是靠人工进行标定。

内嵌式永磁同步电机具有功率密度大，运行范围宽和效率高的特点而被广泛用于电动汽车的驱动电机；其转矩方程为：

其中，

由上式可以看出，转矩与电流成正相关，但不同的dq轴电流组合会对应不同的转 矩，每个固定的电流幅值下都会有一组特定的dq电流组合使电机在该电流下能输出最大的 转矩。由于磁场饱和，在电流大于某个范围后dq轴电感

此外，车用IPMSM的运行依赖由逆变器将动力电池的母线转换为三相交流电，这就意味着电机端电压受到直流母线的约束；IPMSM的电压方程为：

其中，

在高速稳态下，电机端电压

|

当电机转速升高时，电机端电压升高，当期超过母线电压能提供的交流电压幅值 时就需要进行弱磁控制，而当前母线下能提供的最大交流电压为电压限制

其中，

为了获得既能满足转矩方程，又能满足电压限制的电流组合，仍然通过实验的手段标定获取不同母线和转速下每个转矩对应的dq电流组合；而后将这些数据制成表格存储在数字控制芯片中，在电机实时运行时通过查表将不同转速和母线电压下的转矩指令转换成对应的dq电流指令。

上述过程能正常工作的前提是，通过对样机实验标定获取的电流组合能够适用于同款每一台电机；而在实际应用中，有以下几个方面会造成这种假设不再成立：

1.电机在批量生产时工艺、物料不可避免的会导致电机的不一致性；

2.电机的旋变偏移量产生偏差时，即使在电流调节器正常工作的情况下，也会导致控制上磁场定向偏差，进而导致电机中的实际dq电流与期望的电流指令不一致；

3.环境温度的变化会对永磁体磁链产生影响，在温度降低时，会使

因此，为了增强电驱动控制系统的高速运行区域的鲁棒性，一般都会加入弱磁控制环节。

针对电机控制弱磁问题，专利文献CN101855825B提出了一种较为代表性的解决方 案，如图1所示，根据电流调节器输出的电压与电压限制作差得到电压偏差，将该偏差经过 比例积分环节（PI）得到电流修正量△I

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法，包括电流闭环调节模块、电流指令发生模块、电流指令角度发生模块、有功功率计算模块、有功功率存储与比较模块和电流给定矢量修正模块；

电流闭环调节模块的输入为电流给定矢量修正模块输出的dq电流指令，经过比例积分控制器后，输出dq电压指令；

电流指令发生模块用于对电流幅值进行逐步累加；

电流指令角度发生模块用于对电流角度进行逐步累加；

有功功率计算模块用于计算实时有功功率；

有功功率存储与比较模块用于对角度累加过程中当前步和上一步下，有功功率计算模块计算的有功功率进行存储并予以比较；若电流角度累加一步后有功功率增大则继续电流角度累加，若电流角度累加一步后有功功率未增大则停止电流角度累加，并输出当前电流幅值、上一步的电流角度及对应的有功功率；

电流给定矢量修正模块根据电流指令发生模块和电流指令角度发生模块的输出，计算出dq电流指令。

进一步地，所述电流闭环调节模块中，通过dq电流指令i

进一步地，所述电流指令发生模块以电流幅值I=0A为起点，以

进一步地，所述电流指令角度发生模块以90°为起点，以

进一步地，所述有功功率计算模块中，实时有功功率P

其中，

进一步地，所述电流给定矢量修正模块中，计算dq电流指令

其中，

进一步地，包括以下步骤：

（1）从电流大小为0A角度为90°的电流开始；

（2）电流指令角度发生模块对电流角度θ进行累加：

θ(k)=θ(k-1)+θ

（3）电流角度每累加一步，电流指令角度发生模块将累加后的电流角度输入电流给定矢量修正模块，同时电流指令发生模块将当前电流幅值也输入电流给定矢量修正模块，有功功率计算模块计算一次当前步k对应的有功功率P

（4）重复步骤（2）~（3），累加电流角度，直到有功功率存储与比较模块判断满足条件P

（5）电流指令发生模块以当前电流幅值为起点，对电流幅值I进行累加：

（6）重复步骤（2）~（5），直至步骤（5）累加后的电流幅值达到比例积分控制器最大所需电流时，循环停止，输出每个电流指令发生模块输出的电流幅值在步骤（4）记录的可用点。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明解放人工标定的繁琐，实现了自动搜寻最优角度，提高生产效率；

（2）本发明可以根据标定需求任意设定步长，达到较高的标定精度。

附图说明

图1是一种弱磁控制现有技术的拓扑结构框图；

图2是本发明变量计算示意图；

图3是本发明逻辑主流程图；

图4是电流角度搜索结果示意图。

具体实施方式

本发明一种基于直流功率的车用永磁同步电机MTPA曲线搜索方法，包括：

如图2所示，本发明包括如下模块：

1、电流闭环调节模块：该部分为本发明的依赖模块，其作用是通过dq电流指令i

2、电流指令发生模块：以I(0)=0A为起始点以

3、电流指令角度发生模块：以θ(0)=90°为起点，以

4、有功功率计算模块：计算电机运行过程中的实时有功功率

其中，

5、有功功率存储与比较模块：对当前步k和上一步k-1角度下有功功率计算模块计算的有功功率进行存储并予以比较；若P

6、电流给定矢量修正模块（sin/cos）：根据电流指令发生模块和电流指令角度发生模块的输出，计算出dq轴弱磁后的电流

其中，

本发明工作流程如图3所示，包括：

（1）从电流大小为0A角度为90°的电流开始。

（2）电流指令角度发生模块对电流角度以θ

θ(k)=θ(k-1)+θ

其中，k用于对角度的累加计步。

（3）每累加一步，电流指令角度发生模块将累加后的电流角度输入电流给定矢量修正模块，同时电流指令发生模块将当前电流幅值也输入电流给定矢量修正模块，有功功率计算模块计算一次当前步k对应的有功功率P

（4）重复步骤（2）~（3），累加角度，直到有功功率存储与比较模块判断满足条件P

（5）电流指令发生模块对电流幅值I进行递增，以

其中，j用于对电流幅值的累加计步。

（6）重复步骤（2）~（5），直至步骤（5）累加后的电流幅值达到比例积分控制器最大所需电流时，循环停止，输出有功功率存储与比较模块记录的每个电流幅值对应的可用点。本实施例从100A起到600A，以100A为步长