阅读说明：本技术 一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法 (Maximum torque current ratio control method for permanent magnet synchronous motor ) 是由 张晓� 史军伟 王越 毋少楠 张辉 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁同步电机最大转矩电流比(MTPA)控制方法,包括：根据永磁同步电机的数学模型推导电磁转矩与定子电流矢量角的关系；根据电磁转矩与定子电流矢量角的关系得到单位电流电磁转矩与定子电流矢量角的关系式；根据在MTPA控制下单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的导数为零,对当前定子电流矢量角做出调整以得到最优定子电流矢量角；根据定子电流参考值和最优定子电流矢量角得到交、直轴电流给定值,从而实现永磁同步电机的控制。本发明方法不依赖电机参数,能够根据当前运行状况自动调整定子电流矢量角到最佳MTPA运行点,具有良好的动态性能,实用性强。(The invention discloses a control method of maximum torque current ratio (MTPA) of a permanent magnet synchronous motor, which comprises the following steps: deducing the relation between the electromagnetic torque and the stator current vector angle according to a mathematical model of the permanent magnet synchronous motor; obtaining a relational expression of unit current electromagnetic torque and stator current vector angle according to the relation between the electromagnetic torque and the stator current vector angle; adjusting the current stator current vector angle to obtain the optimal stator current vector angle according to the fact that the derivative of the unit current electromagnetic torque to the stator current vector angle under the control of MTPA is zero; and obtaining the set values of the alternating-axis current and the direct-axis current according to the reference value of the stator current and the optimal stator current vector angle, thereby realizing the control of the permanent magnet synchronous motor. The method of the invention does not depend on motor parameters, can automatically adjust the stator current vector angle to the optimal MTPA operation point according to the current operation condition, and has good dynamic performance and strong practicability.)

一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机控制方法，具体是一种永磁同步电机最大转 矩电流比控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、效率高、功率密度大等优点，在新能源电动汽 车领域得到了广泛应用，占有非常重要的地位。

永磁同步电机工作在基速以下时，电流在定子电阻上产生的损耗所占比重 较大。若要减小损耗，在电机带载能力不变的前提下需减小电机的定子电流。 MTPA控制是在输出电磁转矩不变的情况下使定子电流最小，因此MTPA控制可 以减小铜耗，从而达到较高的运行效率。MTPA控制有多种方法，如：公式法、 曲线拟合法。上述方法依赖恒定的电机参数，但是电机在实际运行中参数会不 可避免地发生变化，因此会偏离实际MTPA控制轨迹曲线，从而达不到预期的效 果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种永磁同步电机最大转 矩电流比控制方法，本方法不依赖电机参数，根据MTPA控制方法固有的性质， 实时计算MTPA控制轨迹，从而实现精确的MTPA控制。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种永磁同步电机最大转矩电流比控 制方法，具体包括：

在dq同步旋转坐标系下，得到定子电流与交、直轴电流的关系：

式中，i_d为直轴电流，i_q为交轴电流，i_s为定子电流，γ为定子电流矢量 角。

根据电磁转矩与交、直轴电流的关系，得到电磁转矩与定子电流矢量角的 关系：

式中，T_e为电磁转矩，P_n为电机极对数，ψ_f为永磁体磁链，L_d为直轴电 感，L_q为交轴电感。

根据电磁转矩与定子电流矢量角的关系，得到单位电流电磁转矩关于定子 电流矢量角的关系式：

根据单位电流电磁转矩关于定子电流矢量角的关系式，得到单位电流电磁 转矩对定子电流矢量角的导数：

当电机运行在MTPA控制点时，单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的导数 为零，即

根据单位电流电磁转矩对定子电流矢量角导数的数值，对定子电流矢量角 做出调整，以达到最优点。定子电流矢量角的调整策略为：

γ(k+1)＝γ(k)+△γ

其中，γ(k)为k时刻定子电流矢量角，定子电流矢量角的调整增量△γ为：

对比现有技术，本发明利用在MTPA控制下单位电流电磁转矩对定子电流矢 量角的导数为零的性质，得到当前运行状态下的最优定子电流矢量角，从而实 现精确地MTPA控制。本方法不受运行工况及电机参数变化的影响，鲁棒性强， 简化了MTPA控制的计算量，提高了系统运行速度，能够实时跟踪MTPA控制轨 迹，具有良好的动态性能。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的定子电流i_s与交轴电流i_q、直轴电流i_d的关系图；

图2是本发明的永磁同步电机的转矩随定子电流矢量角的变化图；

图3是本发明的控制流程图；

图4是本发明中电机在MTPA控制点的电流关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种永磁同步电机的最大转矩 电流比控制方法作进一步详细说明。根据权利要求书和下面具体实施方式，本 发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用简化的形式且均使用非 精准的比例，仅用以方便、清楚地辅助说明本发明实施例的目的。

下面将对本发明做进一步说明。

在dq同步旋转坐标系下，内置式永磁同步电机的电磁转矩方程为：

由公式(1)得出，内置式永磁同步电机的电磁转矩由磁阻转矩和永磁转矩 两部分构成。其中为磁阻转矩，为永磁转矩。结合附 图1，得到定子电流与交、直轴电流的关系:

将式(2)带入式(1),得到电磁转矩与定子电流矢量角的关系式：

将式(3)中的定子电流i_s移项，得到单位电流电磁转矩的表达式：

磁阻转矩和永磁转矩随定子电流矢量角的变化情况如附图2所示。根据式 (4),得到单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的导数：

当电机运行在MTPA轨迹控制点时，单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的 导数等于零：

求解式(6)，得到MTPA轨迹控制点的定子电流矢量角表达式：

式(7)中含有电机参数，在实际控制时电机参数会发生变化，只依据式(7)

进行MTPA控制会使实际控制轨迹发生偏移，所以需要对定子电流矢量角进行调整，以实现最优MTPA控制。若当前电机运行点不在MTPA轨迹上，则单位电流 电磁转矩对定子电流矢量角的导数不为零，从而需要调整定子电流矢量角到当 前MTPA控制点所对应的最优定子电流矢量角。结合附图2和附图4，当单位电 流电磁转矩对定子电流矢量角的导数大于零时，表明当前定子电流矢量角小于 最优矢量角,需增大定子电流矢量角；当单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的 导数小于零时，表明当前定子电流矢量角大于最优矢量角，需减小定子电流矢 量角；当单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的导数等于零时，表明当前定子 电流矢量角无需调整。所以根据单位电流电磁转矩对定子电流矢量角导数的数 值，对定子电流矢量角进行调整，以达到当前运行状态下的最优MTPA控制点。

根据上述描述，则定子电流矢量角的调整策略为：

γ(k+1)＝γ(k)+△γ (8)

定子电流矢量角的调整增量△γ为：

根据式(8)可得到交、直轴电流给定值的表达式：

将交、直轴电流参考值送入PI电流调节器即可实现精确的MTPA控制。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范 围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。