内置式永磁同步电机电流给定值的计算方法和装置与流程

本发明涉及电动车用内置式永磁同步电机的控制技术，尤其涉及一种基于查表法的内置式永磁同步电机转矩控制方法、装置。

背景技术：

内置式永磁同步电机(ipmsm，interiorpermanentmagnetsynchronousmotor)由于功率密度高、体积小，已成为电动汽车驱动系统的首选电机。ipmsm交、直轴电感不同，且运行中受逆变器输出电压和输出电流的限制，转矩控制策略较为复杂，通常采用最大转矩电流比(mtpa，maximumtorqueperampere)控制和弱磁控制相结合的控制策略。mtpa和弱磁控制的理论计算非常繁琐，很难用于实时控制中。在实际使用时，通常通过标定的方法建立一个二维查询表格，记录不同转速和不同转矩所对应的d、q轴电流值。控制器根据转矩指令和当前转速值，通过二维插值来计算d、q轴电流给定值。电机的电流输出范围受电压极限圆和电流极限圆的影响，如图1所示。查询表格是和一定的母线电压相对应的，在不同的母线电压下，相同转速和转矩点所对应的d、q轴电流值可能是不同的。假设标定表格时的母线电压是udc，当母线电压高于udc时，电压极限圆扩大，按原查询表格计算的电流给定值必然会落在新的电压极限圆以内，说明电流给定值是可以实现的；当母线电压低于udc时，电压极限圆会缩小，按原查询表格计算的电流给定值有可能会落在新的电压极限圆之外，此时的电流值超出了电机的电流输出范围，是不可实现的，电机也无法输出所需的转矩。

由此可见，电流查询表格只能与一个母线电压相对应，而当母线电压变低时，按查询表格计算出的电流给定值可能是不正确的。如果按不同的母线电压值分别设计查询表格，则会极大地增加设计的难度，因此需要设计一种既能适应母线电压变化，又易于实现的转矩表格及d、q轴电流计算方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种内置式永磁同步电机电流给定值的计算方法和装置，能够保证输出电流的有效性和输出转矩的正确性。

一种内置式永磁同步电机电流给定值的计算方法，包括：

在母线电压为电机额定电压的情况下，对转矩进行标定，得到电流查询表，所述电流查询表包含有额定母线电压下不同转矩和不同转速与电流值之间的对应关系；

根据当前转速和给定转矩，计算d、q轴电流给定值。

所述根据当前转速和给定转矩，计算d、q轴电流给定值的步骤包括：

判断母线电压值；

当所述母线电压值大于或等于额定电压时，根据所述电流查询表，将当前转速值作为查表转速值，进行查表计算；

当所述母线电压低于所述额定电压时，按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速，生成查表转速值；根据所述电流查询表，按查表用转速值进行查表计算。

所述按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速，生成查表转速值的步骤具体为：

ωt＝ωudc/undc，其中，ωt为查表转速值；ω为实际转速值；undc为额定电压；udc为母线电压。

所述进行查表计算的步骤具体为：

根据查表转速值ωt，确定其所属的转速区间[ωk,ωk+1]；

在ωk对应的表格中找到转矩te^*所属的区间[tk,n^*,tk,n+1^*]，利用线性插值算出ωk下该转矩对应的电流值id,k^*和iq,k^*；然后得到转速ωk+1下该转矩对应的电流值id,k+1^*和iq,k+1^*；

根据转速区间对id,k^*、iq,k^*和id,k+1^*、iq,k+1^*再次进行线性插值，得到转速ωt对应的电流给定值id^*、iq^*。

一种内置式永磁同步电机电流给定值的计算装置，包括：

表格建立单元，在母线电压为电机额定电压的情况下，对转矩进行标定，得到电流查询表，所述电流查询表包含有额定母线电压下不同转矩和不同转速与电流值之间的对应关系；

计算单元，根据当前转速和给定转矩，计算d、q轴电流给定值。

所述计算单元包括：

判断模块，判断母线电压值；

第一查询模块，当所述母线电压值大于或等于额定电压时，根据所述电流查询表，按当前转速值进行查表计算；

第二查询模块，当所述母线电压低于所述额定电压时，按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速；根据所述电流查询表，按升高后的转速值进行查表计算。

本发明实中，在对内置式永磁同步电机进行转矩控制时，只需要建立额定母线电压下的电流查询表格。在母线电压降低时通过升速查表计算保证了输出电流的有效性和输出转矩的正确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中的电压极限圆和电流极限圆；

图2为本发明的内置式永磁同步电机电流给定值的计算方法的流程示意图图；

图3为本发明中的额定母线电压时的电流查询表格；

图4为本发明中的电流给定值计算流程图。

图5为本发明的内置式永磁同步电机电流给定值的计算装置的连接示意图图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于提供一种内置式永磁同步电机电流查询表格设计与电流给定值计算方法。该方法中查询表格的设计只需对应一个确定的母线电压值，但是在电流给定值计算过程中可以适应母线电压的变化。

如图2所示，为本发明所述的一种内置式永磁同步电机电流给定值的计算方法，包括：

步骤101，在母线电压为电机额定电压的情况下，对转矩进行标定，得到电流查询表，所述电流查询表包含有额定母线电压下不同转矩和不同转速与电流值之间的对应关系，如图3所示；

步骤102，根据当前转速和给定转矩，计算d、q轴电流给定值。

所述步骤102包括：

判断母线电压值；

当所述母线电压值大于或等于额定电压时，根据所述电流查询表，将当前转速值作为查表转速值，进行查表计算；

当所述母线电压低于所述额定电压时，按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速，生成查表转速值；根据所述电流查询表，按查表用转速值进行查表计算。

所述按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速，生成查表转速值的步骤具体为：

ωt＝ωudc/undc，其中，ωt为查表转速值；ω为实际转速值；undc为额定电压；udc为母线电压。

所述进行查表计算的步骤具体为：根据查表转速值ωt，确定其所属的转速区间[ωk,ωk+1]；

在ωk对应的表格中找到转矩te^*所属的区间[tk,n^*,tk,n+1^*]，利用线性插值算出ωk下该转矩对应的电流值id,k^*和iq,k^*；然后得到转速ωk+1下该转矩对应的电流值id,k+1^*和iq,k+1^*；

根据转速区间对id,k^*、iq,k^*和id,k+1^*、iq,k+1^*再次进行线性插值，得到转速ωt对应的电流给定值id^*、iq^*。

以下描述本发明实施例1，所述方法包括：

步骤1)在母线电压为电机额定电压的情况下对转矩进行标定，得到此时的电流查询表格。该表格为二维表格，对应了额定母线电压下不同转矩和不同转速下的电流值。

步骤2)，根据当前转速和给定转矩计算d、q轴电流给定值。计算过程中，首先判断母线电压值。当母线电压大于等于额定电压时，按当前转速值进行查表计算。当母线电压低于额定电压时，按照母线电压下降的比例同比例升高当前转速，按升高后的转速值进行查表计算。假设标定时的母线电压为undc，根据电压极限圆方程

式中，ld为d轴电感；lq为q轴电感；ψf为永磁体磁链幅值ω为转速，udc为母线电压。

当母线电压变为αundc(α<1)时、转速为ω1的电压极限圆和母线电压为undc、转速为ω1/α的电压极限圆是一致的。因此当母线电压降低时，按同比例升高转速进行查表计算得到的电流给定值必然会落在当前的电压极限圆内，保证了输出电流在合理范围内。

以下描述本发明的实施例2。

步骤1)，在额定母线电压下通过台架试验对电机转矩进行标定，得到满足mtpa控制和弱磁控制的不同转速、不同转矩对应的d、q轴电流查询表格，如图3所示。

步骤2)，电流给定值计算过程如图4所示。当控制器接收到转矩指令te^*进行电流给定值计算时，首先根据母线电压值确定查表用的转速值ωt。当母线电压udc大于等于额定电压undc时，ωt等于当前转速ω，当母线电压udc低于额定电压undc时，ωt升高至ωudc/undc。

步骤3)，根据查表转速值ωt确定其所属的转速区间[ωk,ωk+1]。

步骤4)，在ωk对应的表格中找到转矩te^*所属的区间[tk,n^*,tk,n+1^*]，利用线性插值算出ωk下该转矩对应的电流值id,k^*和iq,k^*。然后用同样的方法得到转速ωk+1下该转矩对应的电流值id,k+1^*和iq,k+1^*。

步骤5)，根据转速区间对id,k^*、iq,k^*和id,k+1^*、iq,k+1^*再次进行线性插值，得到转速ωt对应的电流给定值id^*、iq^*。

如图5所示，为本发明所述的一种内置式永磁同步电机电流给定值的计算装置，包括：

表格建立单元51，在母线电压为电机额定电压的情况下，对转矩进行标定，得到电流查询表，所述电流查询表包含有额定母线电压下不同转矩和不同转速与电流值之间的对应关系；

计算单元52，根据当前转速和给定转矩，计算d、q轴电流给定值。

所述计算单元52包括：

判断模块，判断母线电压值；

第一查询模块，当所述母线电压值大于或等于额定电压时，根据所述电流查询表，按当前转速值进行查表计算；

第二查询模块，当所述母线电压低于所述额定电压时，按照母线电压值下降的比例同比例升高当前转速；根据所述电流查询表，按升高后的转速值进行查表计算。

本发明具有以下有益效果：

在对内置式永磁同步电机进行转矩控制时，只需要建立额定母线电压下的电流查询表格。在母线电压降低时通过升速查表计算保证了输出电流的有效性和输出转矩的正确性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。