基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种混合励磁同步电机电流优化方法，属于混合励磁同步电机控制技 术。
【背景技术】：
[000引永磁同步电机（PMSM)采用永磁体作为单一磁势源，导致电机内气隙磁场调节困 难，混合励磁同步电机（肥SM)在PMSM基础上引入了一套励磁绕组，使其具有了永磁同步电 机功率密度高和电励磁电机磁场调节容易的优点。协调电枢电流与励磁电流的控制，可W 实现低速大转矩输出和高速宽调速范围的目标，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。因 此肥SM电流协调优化控制研究可W提高电机的运行性能。
[0003] 在肥SM控制方法中大多采用分区控制策略，低速区主流控制目标是减小铜耗提 高电机的效率，高速区是其研究的重点和难点。在低速区W输出最大转矩为目标忽视电机 的铜耗，或W电机铜耗最小化为目标忽视电机加速过程最大电磁转矩的输出，均未能发挥 出电机的最佳性能。在高速区W输出最大转矩为最大目标，ii= 0,在满足电压电流方程前 提下，使得励磁电流及交轴电流i。为最大值，从而输出转矩最大化，但是该种方法忽视了电 机的铜耗控制，也并未利用直轴电流id来协调控制；在高速区保持交轴反电动势不变，采用 不完全铜耗公式控制铜耗最小，但是该种方法设及到了大量的公式计算，受参数影响大，且 输出转矩有所降低。
[0004] 因此，在现有的控制策略中，在低速区忽视了铜耗最小化与提高动态性能的协调， 在高速弱磁区的研究中忽视了 与if协调弱磁，或是存在大量的公式计算W达到转矩最大 或损耗减小某一单个目标，该样未能将电机的性能最大化地发挥出来。
【发明内容】
[000引为了克服现有控制方法中未能协调控制实现电机更好的运行性能的不 足，本发明提供了一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，在低速区，优化电 流给定，使得电机在起动、加速阶段输出转矩最大，提升动态性能，稳态时，减小电机铜耗， 提高运行效率；在高速弱磁区域，利用协调弱磁，不但能减小铜耗，同时扩大电机的最 大转速。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
[0007] 一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，将电机的整个运行在区间 分为低速区和高速弱磁区。低速区；在起动、加速过程中控制，给定参考电流范围内最大值， 使得输出转矩最大，提高动态性能；在进入稳态后，W提高效率为目标，依据铜耗公式和转 矩公式计算得到使得铜耗最小的电流给定；高速弱磁区；在电压方程的限制下，输出尽可 能大的电磁转矩，W提高电机的最大转速，在控制过程中通过不断比较改变某一电流给定 后电机转矩或铜耗的变化，来确定实际需要改变的电流给定及其改变的大小，同时实现提 高最大转速和铜耗最小的目标。
[000引有益效果；本发明提出的基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，相对 于现有的控制方法有如下的优点：
[0009] 1、单独考虑起动、加速等非稳态运行，输出最大转矩提高动态性能。
[0010] 2、在高速弱磁阶段，输出转矩最大的同时实现铜耗减小，提高了电机的最大转速 及运行效率。
[0011] 3、高速弱磁运行时，略去了繁杂的解方程计算。
【附图说明】
[0012] 图1为基于分区控制策略的混合励磁同步电机电流优化流程图。
[0013] 图2为混合励磁电机控制驱动系统结构图；
【具体实施方式】：
[0014] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0015] 一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，将电机的整个运行区间分 为低速区和高速弱磁区。低速区；在起动、加速过程中控制给定参考电流范围内最大值，使 得输出转矩最大，提高动态性能；在进入稳态后，采取铜耗最小控制方法。高速弱磁区：在 电压方程的限制下，输出尽可能大的电磁转矩，W提升电机的最大转速，同时也可W使电机 输出较大的功率，并考虑到减小铜耗，充分地发掘出电机的性能。下面就该电流分区优化方 法各个部分加W具体说明。
[0016] 低速区姻图1所示，当n<rib。,拥，处在低速运行区，采集图2中PI转速调节器 输出信号，判断是否饱和。进入稳态前，转速调节器是饱和的，失去调节作用，此时保持i。， if为最大值，即i胃,和ifmay，同时i<!= 0,输出转矩最大；进入稳态后，转速调节器退出饱和， i。给定值减小，此时依据铜耗公式（1)和转矩公式（2)，通过拉格朗日算子法得到最优的if 给定值，经过转速PI调节器可W得到相应的i。给定值。
[0019] 高速弱磁区；如图1所示，当n>rib。％时，处在高速运行区，仍采集图2中PI转速 调节器输出信号，判断是否饱和。在非稳态时，转速调节器是饱和的，且在高速运行区，电机 反电动势大小接近逆变器能够输出的电压最大值，分析电压方程（3)可知，当转速有一个 上升量A 时，可W通过减小电流i。或减小磁链Wpm+M,fif+idLd来使得电压方程成立，通 过比较减小某一量值后转矩的大小来确定需要减小的值。
[0020]
(3)
[002^ ①若减小i。，保持Wpm+Ms山+idLd不变，获得的转矩更大T。1，则可W得到i。的新给 定值，且保持id，if给定值不变。
[00巧②若减小Wpm+Ms山+1山，保持i。不变，获得更大的转矩T62,可W得到Wpm+Ms山+idLd的减小量，且i冷定值不变。
[002引如图1所示，通过上述①和②两步可W得到转矩1；1和若Li> T。2,则可W得到id、i。、if的给定，若T。1《T。2,则进一步W铜耗最小化为条件来判断用来弱磁的电流分量：
[0024] 只通过i沫弱磁，保持i d不变，得到一个新的i冷定值，算出此时的铜耗Peul;只 通过i沫弱磁，保持i f不变，得到一个新的i給定值，算出此时的铜耗P。^。如图1，比较 和P的大小，确定铜耗最小时i d或i f的变化值为新的i d、if给定值。
[0025] 进入稳定状态后，保持id，if不变，转速PI调节器经调节后输出的为i。的给定值。
【主权项】
1. 一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，其特征在于，包括：在低速 区间，在起动、加速过程中，控制输出转矩最大，进入稳态之后，控制铜耗最小化；在高速弱 磁区，协调控制电流id，iq，if给定值，兼顾提高电机最大转速和铜耗最小。2. 根据权利要求1所述的一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，其特 征在于：在所述低速区间，是根据转速调节器是否饱和为判断条件，饱和时，控制给定电流 在范围内的最大值i_x和i^^退饱和进入稳定运行时，用拉格朗日算法，给出铜耗最小化 电流给定。3. 根据权利要求1所述的一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法，其特 征在于：在所述高速弱磁区，是在控制过程中通过不断比较改变某一电流给定后电机转矩 或铜耗的变化，来确定实际需要改变的电流给定及其改变的大小。即依据电压方程平衡，根 据转速上升△ ?e，首先以转矩输出大为条件，比较只减小所得转矩和只减小气隙磁链所 得转矩，确定出需要减小的分量及其大小；若以气隙磁链减小来保证电压平衡，则再以铜耗 最小化为条件，比较只减小id所得铜耗与只减小i#斤得铜耗，确定出需要减小的弱磁电流 分量及其大小，最终得到电流iq、id、if的给定值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法。其中，包括一种低速区间，在起动、加速过程中，控制输出转矩最大，进入稳态之后，铜耗最小化的控制方法；一种高速弱磁区，协调控制电流id、iq、if给定值，兼顾提高电机最大转速和铜耗最小的控制方法。本发明所设计的基于分区控制的混合励磁同步电机电流优化方法从本质上解决了低速区传统控制方法，在起动和稳定运行时控制铜耗最小输出转矩受限，输出转矩最大而铜耗增加的问题；解决了高速弱磁区内提高最大转速与减小铜耗的同时实现的困难；并解决了高速弱磁区电流id，iq，if给定值协调控制算法复杂的问题，简化了给定优化电流的算法，省去了大量的解方程运算。
【IPC分类】H02P6/00
【公开号】CN104901590
【申请号】CN201510340761
【发明人】樊英, 李臣学
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日