永磁同步电机MTPA控制方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机mtpa控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

内置式永磁同步电机(ipmsm)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。更好地提高ipmsm效率、降低损耗，获得性能优良的控制效果，对伺服系统的控制方法的研究很有必要。

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。若要减少损耗，在电机带载能力不变的前提下需减小电机的定子电流。最大转矩电流比控制(mtpa)是在输出电磁转矩不变的情况下使定子电流最小，因此mtpa控制可以减少铜耗，从而达到较高的运行效率。

现有的mtpa控制主要分为两种类型，一种是基于电机模型参数的控制方法，如直接公式法、查表法、曲线拟合法和参数辨识法等，但是上述方法依赖恒定的电机参数，在外界环境发生变化时(例如温度升高或降低、磁饱和等)，电机在实际运行中的参数(如电感、永磁体磁链、定子电阻等)会不可避免地发生变化，导致依赖电机参数的mtpa控制偏离最优点，从而达不到预期的效果。

另外一种是不基于电机模型参数的控制方法，如高频信号注入法和搜索法。对于高频信号注入法，一般是在矢量控制系统中注入一个幅值小的高频电流或电压信号，然后通过信号处理器提取转矩响应，进而通过mtpa轨迹特性追踪到最佳矢量角，但这种方法会带来新的干扰信号，还要考虑速度环带宽选择。对于搜索法，大多是通过定步长进行搜索，但搜索速度十分慢，还有些通过与傅里叶分析或者其他mtpa控制方法结合，但是引入了相应新结合方法的缺点。

故亟需一种永磁同步电机mtpa控制方法、装置、设备及存储介质。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的一个目的在于提出了一种永磁同步电机mtpa控制方法，解决了搜索法中定步长精度差的问题，并且控制方法本身结构简单，实现方便。

本发明的第二个目的在于提出了一种永磁同步电机mtpa控制装置。

本发明的第三个目的在于提出了一种计算机设备。

本发明的第四个目的在于提出了一种计算机可读存储介质。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明一方面提供一种永磁同步电机mtpa控制方法，包括以下步骤：

根据预先构建的永磁同步电机数学模型，实时获取电机效率和定子电流矢量角；电机效率根据电机转矩常数变量获得；

根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向和扰动量；

根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略。

本发明提供的永磁同步电机mtpa控制方法，根据预先构建的永磁同步电机数学模型，实时获取电机效率和定子电流矢量角，其中电机效率根据电机转矩常数变量获得，然后根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向和扰动量，接着根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略。可见，本发明基于效率观察的搜索法进行mtpa控制，以效率作为观察对象，通过对比前后电机效率大小和电机矢量角大小做出扰动判断，据此对当前时刻的电流矢量角增加或减少扰动以寻找出下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略，使得扰动步长自适应于系统变化，随系统当前运行状态改变步长，解决了定步长精度差问题，并且扰动观察法本身结构简单，实现方便。

可选地，根据预先构建的永磁同步电机数学模型，获取电机效率，包括：根据预先构建的永磁同步电机数学模型，获取定子电流矢量和电磁转矩；根据定子电流矢量和电磁转矩，获取电机效率；

η(k)＝te(k)/is(k)

其中，η(k)为时刻k的电机效率，te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量。

可选地，根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向，包括：

在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化大于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，则扰动方向为正向，否则，扰动方向为负向；

在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化小于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，则扰动方向为正向，否则，扰动方向为负向。

可选地，根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动量，包括：

δ(te/is)＝te(k)/is(k)-te(k-1)/is(k-1)

δβ＝β(k)-β(k-1)

其中，δβref为扰动量，m为预设值，δ(te/is)为电机效率变化，δβ为定子电流矢量角变化；te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量，te(k-1)为时刻k-1的电磁转矩，is(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量；β(k)为时刻k的定子电流矢量角，β(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量角。

可选地，根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，包括：

β(k+1)＝β(k)+f(k)·δβref

其中，β(k+1)为时刻k+1的定子电流矢量角，f(k)为时刻k的扰动方向，f(k)＝1或-1。

可选地，永磁同步电机为内置式永磁同步电机。

为达到上述目的，本发明另一方面提供了一种永磁同步电机mtpa控制装置，包括：

获取模块，用于根据预先构建的永磁同步电机数学模型，实时获取电机效率和定子电流矢量角；其中电机效率根据电机转矩常数变量获得；

扰动确定模块，用于根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向和扰动量；

修正确定模块，根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略。

本发明提供的永磁同步电机mtpa控制装置，通过获取模块根据预先构建的永磁同步电机数学模型来实时获取电机效率和定子电流矢量角，然后通过扰动确定模块根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化来确定扰动方向和扰动量，接着通过修正确定模块根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角来确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略。可见，本发明基于效率观察的搜索法进行mtpa控制，以效率作为观察对象，通过对比前后电机效率大小和电机矢量角大小做出扰动判断，据此对当前时刻的电流矢量角增加或减少扰动以寻找出下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略，使得扰动步长自适应于系统变化，随系统当前运行状态改变步长，解决了定步长精度差问题，并且扰动观察法本身结构简单，实现方便。

此外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的永磁同步电机mtpa控制程序，处理器执行永磁同步电机mtpa控制程序时，实现如上所述的永磁同步电机mtpa控制方法。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有永磁同步电机mtpa控制程序，该永磁同步电机mtpa控制程序被处理器执行时实现如上所述的永磁同步电机mtpa控制方法。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的永磁同步电机mtpa控制方法和装置，完全不依赖于电机参数，当外界环境变化致使ipmsm参数发生变化时，本发明的mtpa控制方法依然能搜索出最优定子电流矢量角。

2、本发明提供的永磁同步电机mtpa控制方法和装置，基于效率观察的搜索法进行mtpa控制，以效率作为观察对象，通过对比前后电机效率大小和电机矢量角大小做出扰动判断，据此对当前时刻的电流矢量角增加或减少扰动以寻找出下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略，使得扰动步长自适应于系统变化，随系统当前运行状态改变步长，解决了定步长精度差问题，并且扰动观察法本身结构简单，实现方便。

附图说明

本发明借助于以下附图进行描述：

图1为根据本发明一个实施例的永磁同步电机mtpa控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的永磁同步电机mtpa控制装置的方框示意图。

【附图标记说明】

1：获取模块；

2：扰动确定模块；

3：修正确定模块。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面就参照附图来描述根据本发明实施例提出的股票推荐方法和股票推荐装置。

图1为本发明一个实施例的永磁同步电机mtpa控制方法的流程示意图。

如图1所示，该永磁同步电机mtpa控制方法包括以下步骤：

步骤101、根据预先构建的永磁同步电机数学模型，实时获取电机效率和定子电流矢量角；电机效率根据电机转矩常数变量获得。

其中，电机转矩常数变量包括定子电流矢量和电磁转矩。

具体地，作为一个示例，根据预先构建的永磁同步电机数学模型，获取电机效率和定子电流矢量角，包括：根据预先构建的dq同步旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型，获取d轴定子电流id、q轴定子电流iq和电磁转矩te；根据d轴定子电流id、q轴定子电流iq和电磁转矩te，通过mtpa特性合并得出定子电流矢量is和定子电流矢量角β；根据定子电流矢量和电磁转矩，获取电机效率。

η(k)＝te(k)/is(k)

其中，η(k)为时刻k的电机效率，te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量。

步骤102、根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向和扰动量。

具体地，作为一个实施例，根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向，包括：

在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化大于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，则扰动方向为正向，即f(k)＝1，否则，扰动方向为负向，即f(k)＝-1；在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化小于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，则扰动方向为正向，，即f(k)＝1，否则，扰动方向为负向，即f(k)＝-1。

具体地，作为一个实施例，根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动量，包括：

δ(te/is)＝te(k)/is(k)-te(k-1)/is(k-1)

δβ＝β(k)-β(k-1)

其中，δβref为扰动量，m为预设值，δ(te/is)为电机效率变化，δβ为定子电流矢量角变化；te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量，te(k-1)为时刻k-1的电磁转矩，is(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量；β(k)为时刻k的定子电流矢量角，β(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量角。

步骤103、根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流角修正策略。

具体地，作为一个实施例，根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，包括：

β(k+1)＝β(k)+f(k)·δβref

其中，β(k+1)为时刻k+1的定子电流矢量角，f(k)为时刻k的扰动方向，f(k)＝1或-1。可见，距离最大效率较远时，步长会比较大，越接近最大效率扰动步长越小，实现了微调，体现出自适应原理。

优选地，本发明提供的永磁同步电机mtpa控制方法用于内置式永磁同步电机。

综上，本发明提供的永磁同步电机mtpa控制方法，基于效率观察的搜索法进行mtpa控制，以效率作为观察对象，通过对比前后电机效率大小和电机矢量角大小做出扰动判断，据此对当前时刻的电流矢量角增加或减少扰动以寻找出下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略，使得扰动步长自适应于系统变化，随系统当前运行状态改变步长，解决了定步长精度差问题，并且扰动观察法本身结构简单，实现方便。

图2为本发明一个实施例的永磁同步电机mtpa控制装置的方框示意图。

如图2所示，该永磁同步电机mtpa控制装置包括：获取模块1、扰动确定模块2和修正确定模块3。

其中，获取模块1，用于根据预先构建的永磁同步电机数学模型，实时获取电机效率和定子电流矢量角；其中电机效率根据电机转矩常数变量获得；扰动确定模块2，用于根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动方向和扰动量；修正确定模块3，用于根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略。

作为一个实施例，获取模块1具体用于根据预先构建的永磁同步电机数学模型，获取定子电流矢量和电磁转矩；根据定子电流矢量和电磁转矩，获取电机效率；

η(k)＝te(k)/is(k)

其中，η(k)为时刻k的电机效率，te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量。

作为一个实施例，扰动确定模块2具体用于在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化大于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，确定扰动方向为正向，否则，确定扰动方向为负向；在当前时刻相比上一时刻的电机效率变化小于零时，若当前时刻相比上一时刻的定子电流矢量角变化大于零，确定扰动方向为正向，否则，确定扰动方向为负向。

作为一个实施例，扰动确定模块2具体还用于根据当前时刻相比上一时刻的电机效率变化和定子电流矢量角变化，确定扰动量，包括：

δ(te/is)＝te(k)/is(k)-te(k-1)/is(k-1)

δβ＝β(k)-β(k-1)

其中，δβref为扰动量，m为预设值，δ(te/is)为电机效率变化，δβ为定子电流矢量角变化；te(k)为时刻k的电磁转矩，is(k)为时刻k的定子电流矢量，te(k-1)为时刻k-1的电磁转矩，is(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量；β(k)为时刻k的定子电流矢量角，β(k-1)为时刻k-1的定子电流矢量角。

作为一个实施例，修正确定模块3具体用于根据扰动方向、扰动量和当前时刻的定子电流矢量角，确定下一时刻的定子电流最优矢量角，包括：

β(k+1)＝β(k)+f(k)·δβref

其中，β(k+1)为时刻k+1的定子电流矢量角，f(k)为时刻k的扰动方向，f(k)＝1或-1。

综上，本发明提供的永磁同步电机mtpa控制装置，基于效率观察的搜索法进行mtpa控制，以效率作为观察对象，通过对比前后电机效率大小和电机矢量角大小做出扰动判断，据此对当前时刻的电流矢量角增加或减少扰动以寻找出下一时刻的定子电流最优矢量角，从而确定电流修正策略，使得扰动步长自适应于系统变化，随系统当前运行状态改变步长，解决了定步长精度差问题，并且扰动观察法本身结构简单，实现方便。

此外，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的股票推荐程序，处理器执行股票推荐程序时，实现如上所述的股票推荐方法。

此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有股票推荐程序，该股票推荐程序被处理器执行时实现如上所述的股票推荐方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。