智能PI分段二阶拟合MTPA的内置式永磁同步电机控制.pdf

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1、智能P1分段二阶拟合MTPA的内置式永磁同步电机控制杨贵杰，侯雅晓，孙国栋(哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨150001)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应使其具有一定的抗转矩扰动性能。最后，利用MATLAB工具箱对基于智能P1分段二阶拟合MT

2、PA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。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引言众所周知，内置式永磁同步电动机(InteriorPermanentMagnetSynchronousmotor,IPMSM)具有高效节能、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

3、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(MaximumTorqueperAmperem，MTPA)是IPMSM中最有效的方法之一12J。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

4、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，

5、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

6、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薏2南夸3pc¨驴。(4)丽aL=e一丢烈吩‘+(厶一厶)‘‘]_。令ia

7、4(Lq-—La)Ziq2+弘／12(5)‘』一一＼J／“2(Lq一厶)9(Lq一岛)2P2i。4+6p杪r臻一4彳=0(6)由公式(4)可知，在MTPA和ia=0两种控制方式下，输出转矩疋和定子电流0的幅值关系如下图2所示。图2中蓝线为id=0控制时，输出转矩Te与定子电流is幅值关系函数，红线为MTPA控制时，输出转矩Te与定子电流is幅值关系函数。由图可知，当输出转矩一定时，MTPA控制下输出的定子电流幅值要比id=0控制下输出的定子电流幅值小，而且随着输出转矩的增加两者电流差值逐渐增大。故在电动车等启

8、动转矩较大的工程应用中，其铜损远大于铁损，为避免输出电流过大．140—造成铜损增加，应采用MTPA控制为最佳控制策略。《理坚螺脚转矩0q．n11图2MTPA和i,r=0控制方式下输出转矩与电流幅值关系图2智能P1分段二阶拟合MTPA2．1分段二阶拟合MTPA原理分析工程中常用的MTPA的实现方式为查表法，通过计算MTPA曲线上电磁转矩和电流的关系，并将其制成一维数据表，但该方法会浪费大量的存储单元【