[发明专利]多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法

说明书

本发明提供了一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。充分考虑电机运行中的参数变化情况和交叉饱和效应的影响，构建新的转矩估算方程，提高转矩计算精度，从而得到更加精确的MTPA工作点；采取方波信号注入，并直接利用求平均值乘以2的方式进行信号幅值提取，具有更高的鲁棒性和响应速度。

技术领域

本发明属电机控制技术领域，具体涉及一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。

背景技术

目前我国飞机交流电源系统大多采用多级式无刷同步电机作为发电机，该多级式无刷同步电机主要由主电机、旋转整流器、励磁机和副励磁机(永磁机)构成。随着大型飞机的迅猛发展，起动/发电一体化在现代航空技术中的地位越来越重要，而最大转矩电流比(MTPA)控制技术是该领域的一个研究热点。现有的最大转矩电流比控制方法主要有：查表法、公式法和在线搜寻方法。

查表法需要通过实验或者仿真等方式提前找到电机的MTPA点，然后再通过查表的方式，使得电机工作在MTPA点，这种方法需要消耗大量资源以及时间去提前寻找MTPA点，而且容易受到加工误差以及加工材料合格度的影响。公式法需要得到准确的电机电感值，然后通过求导的方式使电机转矩对于电流角的偏微分为0来得到MTPA解，这种方法由于忽略了电感值对于电流角变化的偏微分项，导致即使有精准的电感参数，也无法得到精准的MTPA解。在线搜寻方法，是在电机运行中，通过高频信号注入的方法，实时获得下一拍的转矩变化情况，然后让电机稳定工作在MTPA点，这种方法需要额外注入高频电流信号，会导致电机抖动，同时带来额外损耗。

虚拟信号注入方法是在线搜寻方法的一种，其主要特点是重新构建转矩方程，然后在此方程数学模型上注入高频信号，通过闭环控制使得其转矩对电流角的一阶偏微分为0，进而得到MTPA解，这样就能避免高频信号注入所带来的抖动以及额外损耗。目前，虚拟信号注入方法的研究还处于起步阶段，现有的虚拟信号注入方法中所构建的转矩方程有两种形式，要么完全忽略电机内部参数，误差较大；要么引入了直轴电感L_d，其准确度有所提高，但是其所适用的范围仅在L_d变化不大的状态下，同时未考虑交叉饱和效应，并不适用于参数变化剧烈的多级式起动/发电机中。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。充分考虑电机运行中的参数变化情况和交叉饱和效应的影响，构建新的转矩估算模型，得到较为精确的MTPA工作点。

一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：利用电磁场有限元软件计算得到电机的三相电感和励磁电感，然后，对三相电感中的定子任意一相绕组自感进行傅里叶分解，得到其直流分量幅值L_s0、二次谐波分量幅值L_s2和相角α，对励磁电感M进行傅里叶分解，得到其基波分量幅值M_af和相角β；

步骤2：注入高频方波信号h于电流角γ，高频信号注入后的电流角变为γ+h，转矩方程由T(γ)变为T(γ+h)，并按如下公式计算得到高频信号注入后的转矩：

其中，P为极对数，i_f为励磁电流，为高频信号注入后的直轴电流，为高频信号注入后的交轴电流，和β^h分别为高频信号注入后励磁电感傅里叶分解的基波分量幅值和相角，和α^h分别为高频信号注入后定子任意一相绕组自感傅里叶分解的二次谐波分量幅值和相角；

步骤3：按下式计算得到转矩对电流角的一阶偏微分信号：