[发明专利]一种永磁辅助同步磁阻电机的控制方法

权利要求书

1.一种永磁辅助同步磁阻电机的控制方法，其特征在于，采用了温度传感器、电流传感器、旋转变压器、Clark变换模块、Park变换模块、转矩指令处理模块、MTPA查表模块、交直轴磁链查表模块、电压计算模块、谐波电流抑制模块和脉冲调制模块；

温度传感器固定于永磁辅助同步磁阻电机的定子上，由温度传感器实时采集永磁辅助同步磁阻电机的定子温度T；永磁辅助同步磁阻电机定子的温度T的采集方法为：首先在对拖试验环境下，使永磁辅助同步磁阻电机运行在额定转速，给被测电机加载，温度传感器测试电机绕组或铁芯的温度，作为电感环境温度，在[-20℃，160℃]区间电机每上升10℃做一次试验，电机温度值稳定时，记录此刻的温度即为永磁辅助同步磁阻电机定子的温度T，在[-20℃，160℃]区间内共得到十九个试验温度点；

电流传感器用于采集永磁辅助同步磁阻电机的两相电流i_a和i_b；

旋转变压器用于采集永磁辅助同步磁阻电机的转子位置θ，转子位置θ经过微分后，得到永磁辅助同步磁阻电机的转速w_e；

永磁辅助同步磁阻电机的两相电流i_a和i_b经过Clark变换模块处理之后得到定子电流i_α和i_β，定子电流i_α和i_β再经过Park变换模块处理之后得到d-q旋转坐标系下的电流i_d、i_q；

转矩指令处理模块的输入为目标转矩T_e，T_e来源于整车控制单元VCU，目标转矩T_e经过转矩指令处理模块的限幅与转矩斜坡处理后，得到给定转矩T_e*；给定转矩T_e*输入MTPA查表模块，MTPA查表模块按照标定的最大转矩电流比策略处理后，输出直轴指令电流i^*_d和交轴指令电流i^*_q；其中MTPA查表模块中的MTPA表采用标定的方法实现，其包括，对于每一个电流幅值i_s,设定i_s的区间为[0，i_max]，i_max为电机的最大相电流，电流矢量角β的区间为[90°，180°]，i_s的步长设定为0.25倍的i_max，电流矢量角β的步长设定为1°，对于每个i_s按式(1)计算出i^*_d和i^*_q：

上位机给定不同d、q轴电流i^*_d和i^*_q，分别调节第一闭环PI调节器和第二闭环PI调节器的PI参数，当d、q轴电流实现良好跟随后，记录T_e以及电压计算模块的输出值u_d和u_q；找到每个i_s下不同的组合对应的转矩的最大值T_emax，然后由每一个i_s对应的T_emax值拟合最大转矩电流比曲线，构建T_emax分别与的一维表，以一维数组的形式写在程序中，作为MTPA模块的查表依据；

交直轴磁链查表模块的输入是直轴指令电流i^*_d、交轴指令电流i^*_q和电机的定子温度T，通过基于直轴指令电流i^*_d、交轴指令电流i^*_q和电机定子温度T实时执行查表插值算法，首先得到随i^*_d和i^*_q变化的直轴磁链和交轴磁链其次基于实时电机温度查得到磁链值和和即是交直轴磁链查表模块的输出；

电压计算模块由前馈电压模块和电流调节器模块两部分组成；前馈电压模块的输入为和w_e；前馈电压模块的输出为u_dfw和u_qfw；忽略定子电阻，u_dfw和u_qfw的计算公式如式(2)所示：

电流调节器模块的输入为i_d和i_q，电流调节器模块的输出为Δu_d与Δu_q；与i_d形成第一闭环PI调节器，第一闭环PI调节器的输出为Δu_d，与i_q形成第二闭环PI调节器，第二闭环PI调节器的输出为Δu_q；

电压计算模块的输出为直轴指令电压u_d和交轴指令电压u_q，其计算公式如下式(3)所示：

谐波电流抑制模块的输入是i^*_d5th、i^*_q5th、i^*_d7th、i^*_q7th、i_d5th、i_q5th、i_d7th和i_q7th；谐波电流抑制模块的输出是u_a5-7th、u_b5-7th、u_c5-7th；谐波电流抑制模块包括电流提取模块、电流谐波抑制调节模块和电压变换模块；交直轴磁链表格可通过台架实验获得，台架实验获取表格的方法如下：在每一个试验温度点，均通过上位机给定不同d轴电流i_d和q轴电流i_q，分别调节第一闭环PI调节器和第二闭环PI调节器的PI参数，当d轴电流i_d和q轴电流i_q实现良好跟随后，记录T_e以及电压计算模块的输出值u_d和u_q，然后通过式(4)计算出R_s、ψ_d、ψ_q，式(4)具体为：

记录测试得到的参数，分别绘制ψ_d、ψ_q关于d轴电流i_d和q轴电流i_q的二维表，每个试验温度点分别都存在一个ψ_d的二维表格与一个ψ_q的二维表；将若干个ψ_d、ψ_q的二维表以二维数组形式写在程序中以供查表使用；交直轴磁链参数查表方法如下；温度传感器实时采集定子的温度T，每一个实时采集的温度T，都对应两个查表温度T_s与T_s+10，T_s与T_s+10是[-20℃，160℃]区间内的两个相邻的试验温度点，T是处于[T_s，T_s+10]区间的一个值，T_s+10与T_s的关系为:T_S+10＝T_S+10，其中T_s为10的整数倍，且T_s的取值范围为[-20℃，160℃]；对于每一个查表温度T_s，都有一个ψ_d关于i_q、i_d的二维表和一个ψ_q关于i_q、i_d的二维表；其中i_q、i_d的查表间隔设定为最大电流的0.05倍；在每个查表温度T_s下，ψ_d和ψ_q的实时值分别由该时刻MTPA查表模块输出的i^*_d和i^*_q基于ψ_d、ψ_q参数二维表进行二维线性插值得到；查表温度T_s、T_s+10下分别得到d轴磁链的两个参数ψ_d(i^*_d、i^*_q、T_s)、ψ_d(i^*_d、i^*_q、T_s+10)，和q轴磁链的两个参数ψ_q(i^*_d、i^*_q、T_s)、ψ_q(i^*_d、i^*_q、T_s+10)，然后ψ_d(i^*_d、i^*_q、T_s)与ψ_d(i^*_d、i^*_q、T_s+10)、ψ_q(i^*_d、i^*_q、T_s)与ψ_q(i^*_d、i^*_q、T_s+10)依据实时采集的温度T分别关于温度T_s，T_s+10进行一维线性插值，得到直轴磁链值ψ_d(i^*_d、i^*_q、T)和交轴磁链值ψ_q(i^*_d、i^*_q、T)；交直轴磁链查表模块的计算中，ψ_d、ψ_q与电机参数L_d，L_q，ψ_f存在如下关系，具体为式(5)：

所述控制方法采用前馈解耦控制，在三相电压中注入相应的谐波电压分量抵消电机电流中的谐波，通过快速傅氏变换得到5、7次谐波含量高，通过电流提取模块得到永磁辅助同步磁阻电机运行时的三相电流，首先在5、7次同步旋转坐标下进行Clark与Park变换，然后通过低通滤波器滤除直流信号中的交流信号，提取i_d5th、i_q5th、i_d7th、i_q7th信号；

将i_d5th、i_q5th、i_d7th、i_q7th信号作为反馈环节输入电流谐波抑制调节模块，电流谐波抑制调节模块输出对应的谐波电压分量u_d5th、u_q5th、u_d7th、u_q7th，因期望5、7次谐波电流为零，所以电流谐波抑制调节模块的给定i^*_d5th、i^*_q5th、i^*_d7th、i^*_q7th为0,电流谐波抑制调节器通过如下公式计算得到u_d5th和u_q5th、u_d7th和u_q7th分别式(6)、式(7)如下：

式中k_pd5th、k_pq5th、k_id5th、k_iq5th分别为5次谐波电流抑制模块的控制参数，其值依靠工程经验进行调整，式中k_pd7th、k_pq5th、k_id7th、k_iq7th分别为7次谐波电流抑制模块的控制参数，其值依靠工程经验进行调整；电流谐波抑制调节模块在计算谐波电压分量u_d5th、u_q5th时，先调整k_pd5th、k_pq5th，再调整k_id5th、k_iq5th，k_pd5th、k_pq5th的初值设定为1.0，k_id5th、k_iq5th的初值设定为10；电流谐波抑制调节模块在计算谐波电压分量u_d7th、u_q7th时，先调整k_pd7th、k_pq7th，再调整k_id7th、k_iq7th，k_pd5th、k_pq7th的初值设定为1.0，k_id7th、k_iq7th的初值设定为10；

u_d5th、u_q5th与u_d7th、u_q7th通过电压变换模块分别进行反Clark变换与反Park变换后叠加生成u_a5-7th、u_b5-7th、u_c5-7th；

脉冲调制模块的输入是u_a*、u_b*和u_c*，u_a*、u_b*和u_c*是u_d、u_q经反Park和反Clark变换后输出的，u_a、u_b、u_c叠加谐波电流抑制模块的输出u_a5-7th、u_b5-7th、u_c5-7th生成的；脉冲调制模块的输出为三相逆变桥IGBT的导通时间T_a、T_b和T_c，IGBT导通驱动电机运行。