本發(fā)明屬于電機(jī)控制。

背景技術(shù)：

1、永磁輔助同步磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低以及弱磁擴(kuò)速性能良好的特點(diǎn)，近些年在工業(yè)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。在寬轉(zhuǎn)速范圍的電機(jī)運(yùn)行區(qū)內(nèi)，不同轉(zhuǎn)速下所要求的電流控制方法不同，如低速下采用最大轉(zhuǎn)矩電流比(maximum?torqueper?ampere，mtpa)控制和中高速下采用弱磁控制，基于不同轉(zhuǎn)速確定出的最優(yōu)電流控制方法被稱(chēng)為全速域控制算法。

2、全速域控制方法即最佳運(yùn)行電流點(diǎn)的確定方法。在獲取電機(jī)運(yùn)行中的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩參考后，最佳運(yùn)行點(diǎn)被確定為兩條特定曲線的交點(diǎn)。根據(jù)兩條曲線方程的表達(dá)式，該交點(diǎn)通過(guò)迭代計(jì)算方法被計(jì)算。牛頓-拉弗森方法具有良好的收斂特性并具有局部的二階收斂速度，因此被廣泛應(yīng)用于上述的交點(diǎn)求解問(wèn)題。然而，永磁輔助同步磁阻電機(jī)具有顯著的磁飽和特性，這使其電感模型被建模為dq軸電流的函數(shù)。相比于其他電機(jī)，其曲線方程更加復(fù)雜，并且增加了查表計(jì)算，導(dǎo)致了迭代計(jì)算的計(jì)算負(fù)擔(dān)顯著增大，進(jìn)而造成了全速域控制算法的計(jì)算時(shí)間顯著增大。

3、牛頓-拉弗森迭代方法的收斂結(jié)果與初始點(diǎn)選擇直接相關(guān)，不合理的迭代計(jì)算初始點(diǎn)能夠顯著的增加迭代計(jì)算次數(shù)，從而增大迭代計(jì)算得計(jì)算負(fù)擔(dān)。在不同的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，全速域控制算法的計(jì)算負(fù)擔(dān)并不相同。在計(jì)算負(fù)擔(dān)較輕時(shí)，全速域控制算法能夠在一個(gè)控制控制周期內(nèi)的pwm輸出前進(jìn)行更新。而在計(jì)算負(fù)擔(dān)較重時(shí)，全速域控制算法的更新會(huì)跨越多個(gè)控制控制周期。算法的非實(shí)時(shí)性更新導(dǎo)致了控制性能的顯著下降。

4、目前永磁輔助同步磁阻電機(jī)的全速域控制算法具有迭代計(jì)算量大，算法無(wú)法保證實(shí)時(shí)性的缺點(diǎn)，這導(dǎo)致了電機(jī)運(yùn)行性能的下降。因此，研究一種降低迭代計(jì)算負(fù)擔(dān)，保證算法實(shí)時(shí)性的迭代初始點(diǎn)設(shè)計(jì)方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決永磁輔助同步磁阻電機(jī)的全速域控制算法迭代計(jì)算量大，算法無(wú)法保證實(shí)時(shí)性，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能下降的問(wèn)題，現(xiàn)提供一種基于迭代初始點(diǎn)優(yōu)化的永磁輔助同步磁阻電機(jī)全速域控制方法。

2、一種基于迭代初始點(diǎn)優(yōu)化的永磁輔助同步磁阻電機(jī)全速域控制方法，包括：

3、構(gòu)建永磁輔助同步磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型分別描述所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線方程、最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線方程、電流極限曲線方程和電壓極限曲線方程；

4、根據(jù)所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速臨界值確定電機(jī)運(yùn)行區(qū)域以及各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)；

5、將上一控制周期狀態(tài)分界點(diǎn)的電流作為本控制周期的初始分界點(diǎn)電流，利用牛頓-拉弗森迭代方法計(jì)算本控制周期狀態(tài)分界點(diǎn)的電流，并根據(jù)所述本控制周期狀態(tài)分界點(diǎn)的電流計(jì)算對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；

6、比較各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)狀態(tài)分界點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)矩的大小，確定各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行工作點(diǎn)；

7、根據(jù)兩個(gè)連續(xù)控制周期內(nèi)的參考轉(zhuǎn)矩的異同設(shè)計(jì)初始工作點(diǎn)電流，利用牛頓-拉弗森迭代方法計(jì)算本控制周期運(yùn)行工作點(diǎn)的電流；

8、將所述本控制周期運(yùn)行工作點(diǎn)的電流作為所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電流參考值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的優(yōu)化控制。

9、進(jìn)一步的，上述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程；

10、所述電壓方程的表達(dá)式為：

11、

12、其中，rs為定子電阻，ωe為電角速度，ud和uq分別為d軸和q軸的電壓，id和iq分別為d軸和q軸的電流，和分別為d軸和q軸的磁鏈。

13、所述轉(zhuǎn)矩方程的表達(dá)式為：

14、

15、其中，te為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

16、進(jìn)一步的，上述最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線方程的表達(dá)式為：

17、

18、所述最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線方程的表達(dá)式為：

19、

20、所述電流極限曲線方程的表達(dá)式為：

21、

22、其中，ilim為電流極限值；

23、所述電壓極限曲線方程的表達(dá)式為：

24、

25、進(jìn)一步的，上述根據(jù)所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速臨界值確定電機(jī)運(yùn)行區(qū)域，包括：

26、當(dāng)n≤nm時(shí)，運(yùn)行區(qū)域?yàn)閕；

27、當(dāng)nm＜n≤nn，運(yùn)行區(qū)域?yàn)閕i；

28、當(dāng)nn＜n≤no時(shí)，運(yùn)行區(qū)域?yàn)閕ii；

29、當(dāng)no＜n時(shí)，運(yùn)行區(qū)域?yàn)閕v；

30、其中，n為實(shí)際轉(zhuǎn)速，nm為電機(jī)基速，nn和no分別為兩個(gè)不同的臨界轉(zhuǎn)速。

31、進(jìn)一步的，確定各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)的方法為：

32、運(yùn)行區(qū)域i內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)；

33、運(yùn)行區(qū)域ii內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)為電壓極限曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)和電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線的交點(diǎn)；

34、運(yùn)行區(qū)域iii內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)為電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)和電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線的交點(diǎn)；

35、運(yùn)行區(qū)域iv內(nèi)的狀態(tài)分界點(diǎn)為電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)。

36、進(jìn)一步的，通過(guò)下式將上一控制周期狀態(tài)分界點(diǎn)的電流作為本控制周期的初始分界點(diǎn)電流：

37、

38、其中，和分別為m控制周期中初始分界點(diǎn)的d軸和q軸電流，和分別為m-1控制周期中狀態(tài)分界點(diǎn)的d軸和q軸電流；

39、當(dāng)m＝1時(shí)，在狀態(tài)分界點(diǎn)所在區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取初始分界點(diǎn)電流。

40、進(jìn)一步的，上述利用牛頓-拉弗森迭代方法計(jì)算本控制周期狀態(tài)分界點(diǎn)的電流，包括：

41、

42、其中，f1()和f2()分別表示根據(jù)轉(zhuǎn)速確定的待計(jì)算的迭代曲線方程，k表示迭代次數(shù)，和分別d軸和q軸參考電流，j(k)為第k次迭代下的雅可比矩陣；

43、收斂條件為：

44、

45、其中，ε為迭代精度。

46、進(jìn)一步的，上述比較各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)狀態(tài)分界點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)矩值的大小，確定各運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行工作點(diǎn)，包括：

47、在運(yùn)行區(qū)域i內(nèi)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)；

48、在運(yùn)行區(qū)域ii內(nèi)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)；

49、在運(yùn)行區(qū)域iii內(nèi)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)；

50、在運(yùn)行區(qū)域iv內(nèi)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)；

51、其中，為參考轉(zhuǎn)矩，te,m為交點(diǎn)m處的轉(zhuǎn)矩，te,a為交點(diǎn)a處的轉(zhuǎn)矩，te,b為交點(diǎn)b處的轉(zhuǎn)矩，te,c為交點(diǎn)c處的轉(zhuǎn)矩，te,d為交點(diǎn)d處的轉(zhuǎn)矩，te,e為交點(diǎn)e處的轉(zhuǎn)矩；

52、交點(diǎn)m為運(yùn)行區(qū)域i中最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)，

53、交點(diǎn)a為運(yùn)行區(qū)域ii中電壓極限曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)，

54、交點(diǎn)b為運(yùn)行區(qū)域ii中電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線的交點(diǎn)，

55、交點(diǎn)c為運(yùn)行區(qū)域iii中電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)，

56、交點(diǎn)d為運(yùn)行區(qū)域iii中電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線的交點(diǎn)，

57、交點(diǎn)e為運(yùn)行區(qū)域iv中電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)。

58、進(jìn)一步的，根據(jù)兩個(gè)連續(xù)控制周期內(nèi)的參考轉(zhuǎn)矩的異同設(shè)計(jì)初始工作點(diǎn)電流，包括：

59、當(dāng)兩個(gè)連續(xù)控制周期內(nèi)的參考轉(zhuǎn)矩相同時(shí)，則將上一控制周期運(yùn)行工作點(diǎn)的電流作為本控制周期的初始工作點(diǎn)電流；

60、當(dāng)兩個(gè)連續(xù)控制周期內(nèi)的參考轉(zhuǎn)矩不同時(shí)，設(shè)計(jì)如下：

61、當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)、電壓極限曲線與電流極限曲線的交點(diǎn)、或電壓極限曲線與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)時(shí)，直接獲得運(yùn)行工作點(diǎn)的電流；

62、當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)為電壓極限曲線與轉(zhuǎn)矩值為te*的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)時(shí)，初始工作點(diǎn)電流為：

63、

64、其中，和分別為本控制周期初始工作點(diǎn)的d軸和q軸電流，y表示電壓極限曲線右側(cè)的狀態(tài)分界點(diǎn)，z表示電壓極限曲線左側(cè)的狀態(tài)分界點(diǎn)，te,y和te,z分別為y點(diǎn)和z點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩，id,y和id,z分別為y點(diǎn)和z點(diǎn)的d軸電流，iq,y和iq,z分別為y點(diǎn)和z點(diǎn)的q軸電流；

65、當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)時(shí)，初始工作點(diǎn)電流為：

66、

67、其中，id,m和iq,m分別為交點(diǎn)m處的d軸和q軸電流。

68、進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線方程為：

69、其中，pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)，和分別為d軸和q軸的磁鏈，id和iq分別為d軸和q軸的電流。

70、本發(fā)明采用了考慮磁飽和的mtpa方程和mtpv方程，兩種方程不僅考慮了電感隨電流的變化，還將電感對(duì)電流的偏微分項(xiàng)納入標(biāo)準(zhǔn)求解，充分考慮了永磁輔助同步磁阻電機(jī)的磁飽和特性。mtpa和mtpv方程更加準(zhǔn)確的描述了電機(jī)在全速度范圍內(nèi)的最優(yōu)曲線，為電機(jī)在全速域范圍內(nèi)的高性能運(yùn)行提供了基礎(chǔ)。

71、本發(fā)明給出了全速域控制過(guò)程中電機(jī)最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)的確定流程，基于運(yùn)行轉(zhuǎn)速確定了電機(jī)運(yùn)行的工作分區(qū)，并給出各個(gè)分區(qū)內(nèi)的最佳電流工作點(diǎn)的選擇方案。所采用的優(yōu)化流程保證了電機(jī)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定，以及不同轉(zhuǎn)速區(qū)域切換過(guò)程的平滑。

72、本發(fā)明提出的迭代初始點(diǎn)設(shè)計(jì)方法基于牛頓-拉弗森迭代方法的局部收斂特征，該方法確保了迭代初始點(diǎn)與最終收斂點(diǎn)的逼近，保證本發(fā)明能夠降低計(jì)算負(fù)擔(dān)。同時(shí)，迭代初始點(diǎn)設(shè)計(jì)方法不僅針對(duì)于運(yùn)行工作點(diǎn)的迭代求解，還考慮了狀態(tài)分界點(diǎn)的迭代求解。該考慮了全部交點(diǎn)求解可能性，保證了整個(gè)算法計(jì)算過(guò)程的低負(fù)擔(dān)。

73、本發(fā)明提供了一種永磁輔助同步磁阻電機(jī)全速域控制的迭代初始點(diǎn)設(shè)計(jì)方法該方法無(wú)需額外的信號(hào)注入和復(fù)雜的控制器設(shè)計(jì)，原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。所提方法顯著降低了永磁輔助同步磁阻電機(jī)全速域控制算法的在線計(jì)算時(shí)間，保證了全速域控制算法運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，提高了永磁輔助同步磁阻電機(jī)的全速域運(yùn)行性能。