基于改进搜索法的永磁同步电机最大转矩电流比控制研究

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永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率密度高和功率因数高等显著优点,其中,内置式永磁同步电机因为磁阻转矩的存在,拥有更高的起动转矩密度,而内嵌的永磁体布置也保证了较高的机械强度,因此内置式永磁同步电机在高速大扭矩的应用场合更受青睐,成为当前国内外新能源车企首选的主驱电机。为了降低铜耗,内置式永磁同步电机在基速区内会采用最大转矩电流比控制。然而,内置式永磁同步电机作为一类复杂的受控对象,其电机参数具有高度非线性变化的特征,d-q轴电感、永磁体磁链会随着铁芯饱和程度的变化或温度的变化而改变,进而导致现有依赖参数的最大转矩电流比控制和解耦算法出现控制偏差,增加了电机的损耗,降低了系统的动态性能。针对上述问题,本文主要研究内容和创新工作如下:提出一种基于修正公式的改进MTPA搜索策略。不同于传统的搜索方法,此方案对理论推导的公式进行修正,引入调节系数α改变MTPA控制下的d轴电流参考指令。通过调节α可以补偿三个电机参数变化带来的电流控制偏差,避免对电机d-q轴电感和磁链进行辨识或者插值查表。同时,由于结合了公式法,其d轴电流参考指令的变化相比于传统搜索法更快,提升了搜索算法的暂态性能。经过采样和低通滤波处理后的定子电流作为算法的输入,采用梯度下降法进行调节系数α的在线搜索,用以对电机参数的非线性变化进行补偿,实现精确的MTPA控制。由于d-q旋转坐标系下的电压方程仍然存在动态耦合的问题,在恒转矩变转速和恒转速变转矩的工况下,d-q轴的电流响应均会出现超调现象,进而导致定子电流响应出现超调。定子电流的超调会直接影响搜索法的稳态性能和暂态性能,因此,针对电机参数变化对解耦器性能的影响,设计了一种新型复矢量解耦模型,通过设置交叉解耦项和电流反馈补偿项,实现电流环的精确解耦,减小电流响应的超调,进一步提升改进MTPA搜索法的稳态性能和暂态性能。最后,结合基于修正公式的改进MTPA搜索策略和新型复矢量解耦控制模型,提出了一种基于改进搜索法的最大转矩电流比控制方案。选用国产A0级纯电动汽车的主驱动电机搭建了车用内置式永磁同步电机的实验平台,进行实验测试,结果验证了本文提出的控制方案的稳态性能和暂态性能。
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