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)簡單，成本低以及弱磁擴(kuò)速性能良好的特點，近些年在工業(yè)驅(qū)動和電動汽車應(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)電流控制方法被稱為全速域控制算法。

2、全速域控制方法即最佳運行電流點的確定方法。在獲取電機(jī)運行中的實時轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩參考后，最佳運行點被確定為兩條特定曲線的交點。根據(jù)兩條曲線方程的表達(dá)式，該交點通過迭代計算方法被計算。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)用于上述的交點求解問題。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，并且增加了查表計算，導(dǎo)致了迭代計算的計算負(fù)擔(dān)顯著增大，進(jìn)而造成了全速域控制算法的計算時間顯著增大。

3、牛頓-拉弗森迭代方法的收斂結(jié)果與初始點選擇直接相關(guān)，不合理的迭代計算初始點能夠顯著的增加迭代計算次數(shù)，從而增大迭代計算得計算負(fù)擔(dān)。在不同的電機(jī)運行狀態(tài)下，全速域控制算法的計算負(fù)擔(dān)并不相同。在計算負(fù)擔(dān)較輕時，全速域控制算法能夠在一個控制控制周期內(nèi)的pwm輸出前進(jìn)行更新。而在計算負(fù)擔(dān)較重時，全速域控制算法的更新會跨越多個控制控制周期。算法的非實時性更新導(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算量大，算法無法保證實時性的缺點，這導(dǎo)致了電機(jī)運行性能的下降。因此，研究一種降低迭代計算負(fù)擔(dān)，保證算法實時性的迭代初始點設(shè)計方法具有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(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算量大，算法無法保證實時性，導(dǎo)致電機(jī)運行性能下降的問題，現(xiàn)提供一種基于迭代初始點優(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)的實際轉(zhuǎn)速及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速臨界值確定電機(jī)運行區(qū)域以及各運行區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)分界點；

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

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

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

8、將所述本控制周期運行工作點的電流作為所述永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電流參考值，實現(xiàn)對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)的實際轉(zhuǎn)速及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速臨界值確定電機(jī)運行區(qū)域，包括：

26、當(dāng)n≤nm時，運行區(qū)域為i；

27、當(dāng)nm＜n≤nn，運行區(qū)域為ii；

28、當(dāng)nn＜n≤no時，運行區(qū)域為iii；

29、當(dāng)no＜n時，運行區(qū)域為iv；

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

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

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

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

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

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

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

37、

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

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

40、進(jìn)一步的，上述利用牛頓-拉弗森迭代方法計算本控制周期狀態(tài)分界點的電流，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，上述比較各運行區(qū)域內(nèi)狀態(tài)分界點的轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)矩值的大小，確定各運行區(qū)域內(nèi)的運行工作點，包括：

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

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

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

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

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

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

53、交點a為運行區(qū)域ii中電壓極限曲線與電流極限曲線的交點，

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

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

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

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

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

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

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

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

62、當(dāng)運行工作點為電壓極限曲線與轉(zhuǎn)矩值為te*的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點時，初始工作點電流為：

63、

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

65、當(dāng)運行工作點為最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線與轉(zhuǎn)矩值為的恒轉(zhuǎn)矩曲線的交點時，初始工作點電流為：

66、

67、其中，id,m和iq,m分別為交點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，還將電感對電流的偏微分項納入標(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)的高性能運行提供了基礎(chǔ)。

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

72、本發(fā)明提出的迭代初始點設(shè)計方法基于牛頓-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與最終收斂點的逼近，保證本發(fā)明能夠降低計算負(fù)擔(dān)。同時，迭代初始點設(shè)計方法不僅針對于運行工作點的迭代求解，還考慮了狀態(tài)分界點的迭代求解。該考慮了全部交點求解可能性，保證了整個算法計算過程的低負(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設(shè)計方法該方法無需額外的信號注入和復(fù)雜的控制器設(shè)計，原理簡單，容易實現(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算時間，保證了全速域控制算法運行的實時性，提高了永磁輔助同步磁阻電機(jī)的全速域運行性能。