[发明专利]一种基于电磁功率反馈的永磁同步电机最优效率控制方法

说明书

本发明提供了一种基于电磁功率反馈的永磁同步电机最优效率控制方法，属于大功率电动推进领域。本发明引入精确的损耗模型，针对电机的不同运动状态，计算得出损耗最小时对应的最优定子电流，从而提升电机系统的效率；采用参数观测器对电机不同工况下的参数进行辨识，再更新至损耗模型中，使得损耗模型中计算的最优励磁更接近于最优定子电流；采用电磁功率反馈控制对电机q轴电流进行矫正，以此来实现电机电磁功率的预测控制，实现最大功率跟踪。本发明在采用电磁功率预测控制的基础上，加入电机损耗模型，通过在线参数辨识，实时计算最优定子电流，保证系统的最优效率控制。

技术领域

本发明涉及一种基于电磁功率反馈的永磁同步电机最优效率控制方法，属于大功率电动推进领域。

背景技术

针对未来电动飞行器长航时、高性能的发展趋势，占据整个飞行器动力系统能量80％以上的电推进系统能耗及效率问题至关重要。作为电推进系统核心部件，大功率永磁同步电机的设计及不同使用工况优化控制研究，通过基于MTPA的智能弱磁算法能够灵活调整电机工作区间，从而实现系统多模式智能切换。然而传统的磁场定向控制缺乏定子电流设计，系统功率因数角较差，电机不同工况时输出功率不同，效率降低，产生大量的能量损耗，影响飞行器的航时，为提升系统的节能效果，对推进电机的效率优化控制迫在眉睫。

目前，永磁同步电机效率最优控制常用方法有两类，一类是搜索寻优法。该方法以输出功率保持不变的前提条件下，通过在线不断调节励磁电流，得到最优的励磁电流，使得输入功率最小，最终实现提高电机驱动系统效率的目的，该控制策略优点是不依赖电机参数的变化，但是动态响应慢，还需额外的硬件支持。另一类是基于损耗模型法效率优化控制策略，该控制策略是根据电机损耗方程，建立电机系统效率最优的目标函数,并对目标函数求极值，从而实现电磁功率的预测控制，得到不同工况下最优定子电流，该最优定子电流就是该工况下系统损耗最小的运行点，将其作为d轴电流的给定值，采用电压反馈补偿方式实现系统效率最优控制，该方法可实现整个速度范围内效率最优控制。传统基于损耗模型法效率优化控制策略能够有效提高电机效率，但其中未考虑系统损耗或者损耗模型未考虑电机参数对损耗计算的影响，而且在实际工作中，由于温度等因素的变化，使得电机参数变化较大，对效率最优控制影响较大。

发明内容

本发明的技术解决问题：本发明提出一种基于电磁功率反馈的永磁同步电机最优效率控制方法，通过对电磁功率预测控制，以应对复杂工况下大功率电动推进系统的节能要求。

本发明的技术解决方案：

一种基于电磁功率反馈的永磁同步电机最优效率控制方法，包括：

将速度参考值与测量得到的速度反馈值之间的误差值经过PI控制器计算后得到电机q轴电流参考值；将电磁功率参考值与计算值之间的误差值经过PI控制器计算得到电机q轴电流的矫正值，实现对电机q轴电流进行补偿；

建立损耗模型，针对电机的不同运动状态，确定损耗最小时对应的最优定子电流，以提升电机系统的效率；

对电机参数进行辨识得出电机的电阻电感及磁链参数值，再将辨识参数值实时更新至损耗模型中，确定出电机d轴电流参考值，使得电机系统在不同工况下在效率最优点进行控制；

将电机d轴及q轴的电流参考值与实际反馈电流值之间的误差经过PI控制器计算，得到电机d、q轴的电压值，用于永磁同步电机的效率控制。

进一步的，损耗模型为

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为中间变量；

i_od，i_oq分别为定子电流在电机d、q轴铁损电流分量。

进一步的，