智能pi分段二阶拟合mtpa的内置式永磁同步电机控制.pdfVIP

杨贵杰，侯雅晓，孙国栋 50001) (哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨1 摘要：文章提出一种基于智能P1分段二阶拟合MTPA的内置式永磁同步电机控制方法。首先，本文介绍 了传统MTPA控制的基本原理，提出了一种适于工程应用的分段二阶拟合方案，解决了MTPA控制算法实现复 杂的问题。其次，引进智能PI转速调节器，实现更加快速、准确、稳定的控制性能，同时因为其快速的转矩响 行仿真验证，并针对电动车频繁的负载转矩变化，进行了负载连续变化的仿真研究。最终实验验证，本文方法具 有良好的动态性能，实现简单且不需过多的存储空间，尤其适用于各类对控制性能要求较高的工程应用中。 关键词：电机与电器；内置式永磁同步电机；最大转矩电流比；分段二阶拟合；智能PI调速器 0引 言 Permanent 众所周知，内置式永磁同步电动机(Interior MagnetSynchronous 高效节能、输出转矩能力强等优点，在航空航天、海事舰船、风力发电及电动汽车等领域得到了 广泛应用【lj。因此，研究IPMSM的驱动控制方法，提高其控制性能至关重要，已成为当前国内 外的研究热点。 目前，最大转矩电流比控$1J(MaximumTorqueper 法之一12J。其实现形式一般有两种：在线计算法和查表法【3J。前者计算较为复杂，处理器负担较 重；后者需要较多的存储空间，实现精度不高且对参数敏感。 故针对基速以下调速，本文提出一种基于智能P1分段二阶拟合最大转矩电流比控制策略。 首先，本文介绍了传统MTPA的基本原理，分析了MTPA的曲线轨迹。提出了一种适于工程应 用的分段二阶拟合方案，解决了MTPA控制算法实现复杂的问题，并与id=0进行仿真对比，验 证了MTPA的优越性能。其次，引进智能PI转速调节器，实现更加快速、准确、稳定的控制性 能，同时因为其快速的转矩响应使其具有一定的抗转矩扰动性能。最后，用MATLAB对基于智 能PI实现的拟MTPA控制策略进行仿真验证，并针对电动车频繁的负载转矩变化，进行了负载 连续变化的仿真研究，并用实验证明，该方法具有良好的动态性能，实现简单且不需过多的存储 空间，适合于电动车工程应用。 1传统最大转矩电流比控制 对于内置式永磁同步电机，IPMSM在同步旋转坐标下的电磁转矩方程如式(1)所示州： z=兰p[％‘一％岛]=主札吩‘+皈一厶)。毛] (1) 式中：P为电机的极对数；蚴为d轴磁链：％为q轴磁链；妇为d轴电流，iq为q轴电流，幻为 直轴电感，Lg为交轴电感，盼为永磁体。 ．139． 当IPMSM采用ia=0控制时，磁阻转矩为零，会产生一定的转矩损失，为使磁阻转矩能够有 效利用，可控制定子电流矢量0超前g轴，即最大转矩电流比控制。MTPA是电机在输出给定电 流的条件下，合适的利用磁阻转矩，以达到最大转矩输出效果。图1给出了传统MTPA的实现框 图。 图1传统MTPA的实现框图 定子电流0解析式如式(2)所示： t=以2+‘2 (2) 根据MTPA的定义，将其转化为在转矩公式(1)条件下求得is最小值的数学问题。引入拉 式算子旯，做Lagrange辅助函数，可得式(3)如下： 三=以2+‘2+X{Te一9’P[杪flq+(厶一乞)‘‘]} (3) 式(3)分别对拓、0、A三个变量求偏导，并令其偏导值为零，可得方程组如式(4)所示： 薏2南扣州¨M_0 pc¨驴。 (4) 薏2南夸3 丽aL=e一丢烈吩‘+(厶一厶)‘‘]_。 令iaO，解方程组(4)得妇、岛、r的关系如下：