帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法技術方案

本申請公開了一種帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法，涉及永磁同步電機領域，該方法針對增加雙向DC/DC變換器來降低供電電池的電壓波動的永磁同步電機系統(tǒng)，根據(jù)永磁同步電機系統(tǒng)的運行點，考慮電機轉矩的運行約束條件，利用廣義拉格朗日乘子法迭代求解使系統(tǒng)效率達到最大值的系統(tǒng)運行參數(shù)，通過自動尋優(yōu)確定最優(yōu)的系統(tǒng)運行參數(shù)，并按照最優(yōu)的系統(tǒng)運行參數(shù)進行驅動，可以使得永磁同步電機系統(tǒng)運行在最優(yōu)運行點，具有最大的系統(tǒng)效率，從而可以達到增加續(xù)航里程的效果。從而可以達到增加續(xù)航里程的效果。從而可以達到增加續(xù)航里程的效果。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法


[0001]本申請涉及永磁同步電機領域，尤其是一種帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法。

技術介紹

[0002]永磁同步電機(Permanent Magnetic Synchronous Machine，PMSM)因具有結構簡單、效率高、功率密度高和可靠性高的優(yōu)點而被廣泛應用于新能源車輛。諸如新能源車輛、船舶電力、金屬削切等需要電機高速作業(yè)下的行業(yè)中，傳統(tǒng)的基于矢量控制的永磁同步電機系統(tǒng)無法滿足行業(yè)對于電機高轉速的需求，而弱磁控制不僅繼承了矢量控制的閉環(huán)控制屬性，還具有一定寬度的調速范圍和平滑的弱磁過渡特點，可以使永磁同步電機獲得更寬的轉速調節(jié)范圍，被廣泛應用于永磁同步電機系統(tǒng)的控制以實現(xiàn)寬調速范圍運行，從而滿足電機的高轉速要求并用于實現(xiàn)新能源車輛的高速行駛。
[0003]但是對于永磁同步電機系統(tǒng)來說，直流母線電壓會隨著永磁同步電機的工況以及供電電池的電量變化而變化，在弱磁控制下，電壓的限制降低了電機效率電流動態(tài)性能，過高的反電勢也會帶來高速失控的風險，尤其當供電電池采用諸如新型鈉離子電池之類的輸出特性較軟的電池時，直流母線電壓的波動范圍更大，這會降低電機的出力，影響永磁同步電機系統(tǒng)的正常運行和控制。通過在永磁同步電機系統(tǒng)的逆變器前級加入雙向DC/DC變換器可以有效隔絕供電電池的電壓波動，并且能夠提高永磁同步電機高速的性能，降低電機高速失控的風險，減小高速的永磁同步電機失控的風險。
[0004]但是，在加入雙向DC/DC變換器后，永磁同步電機系統(tǒng)的系統(tǒng)效率受到雙向DC/DC變換器、逆變器和永磁同步電機三者共同的影響，理論上永磁同步電機有無窮多個直流母線電壓值，但不同的直流母線電壓值下的系統(tǒng)效率不同，容易降低系統(tǒng)效率、影響整車續(xù)航。

技術實現(xiàn)思路

[0005]本申請人針對上述問題及技術需求，提出了一種帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法，本申請的技術方案如下：
[0006]一種帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法，永磁同步電機系統(tǒng)包括依次相連的供電電池、雙向DC/DC變換器、逆變器以及永磁同步電機，逆變器的直流母線的正極和負極之間跨接直流母線電容C
bus
，該驅動方法包括：
[0007]構建運行優(yōu)化目標和運行約束條件，運行優(yōu)化目標包括永磁同步電機系統(tǒng)的系統(tǒng)效率達到最大值，運行約束條件包括永磁同步電機的電機轉矩為恒定值；電機轉矩和系統(tǒng)效率均與永磁同步電機系統(tǒng)的待優(yōu)化的系統(tǒng)運行參數(shù)相關；
[0008]利用廣義拉格朗日乘子法在運行約束條件下迭代求解運行優(yōu)化目標，確定使得系統(tǒng)效率達到最大值的系統(tǒng)運行參數(shù)；
[0009]按照系統(tǒng)運行參數(shù)控制雙向DC/DC變換器中的開關管以及逆變器中的開關管。
[0010]其進一步的技術方案為，運行優(yōu)化目標以永磁同步電機的d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和逆變器的直流母線電壓U
dc
為待優(yōu)化變量，則利用廣義拉格朗日乘子法迭代求解，得到使得系統(tǒng)效率達到最大值的d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
。
[0011]其進一步的技術方案為，構建得到的運行優(yōu)化目標為構建得到的運行約束條件為T
e
(I
d
,I
q
,U
dc
)＝T
e0
；
[0012]其中，η(I
d
,I
q
,U
dc
)表示受d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
影響的系統(tǒng)效率，T
e
(I
d
,I
q
,U
dc
)表示受d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
影響的電機轉矩，ω是永磁同步電機的電機轉速，U
b
是供電電池的供電電壓，I
b
是供電電池的供電電流，T
e0
表示電機轉矩所要達到的恒定值。
[0013]其進一步的技術方案為，利用廣義拉格朗日乘子法在運行約束條件下迭代求解運行優(yōu)化目標的方法包括：
[0014]根據(jù)運行約束條件將運行優(yōu)化目標轉換為無約束的等效優(yōu)化目標，采用梯度下降法迭代求解滿足等效優(yōu)化目標的系統(tǒng)運行參數(shù)，等效優(yōu)化目標為L(x,λ)取得最小值：
[0015][0016]其中，η(x)表示在系統(tǒng)運行參數(shù)x下的系統(tǒng)效率，T
e
(x)表示在系統(tǒng)運行參數(shù)x下的電機轉矩，T
e0
表示電機轉矩所要達到的恒定值，λ表示拉格朗日乘子，ρ表示懲罰因子。
[0017]其進一步的技術方案為，等效優(yōu)化目標中的系統(tǒng)效率η(x)、電機轉矩T
e
(x)和電機轉矩所要達到的恒定值T
e0
完成標幺處理。
[0018]其進一步的技術方案為，采用梯度下降法迭代求解等效優(yōu)化目標的方法包括：
[0019]在拉格朗日乘子λ的第n次迭代取值保持不變的情況下，采用梯度下降法迭代求解等效優(yōu)化目標，得到系統(tǒng)運行參數(shù)x的第n次迭代取值；
[0020]當未滿足迭代終止條件時，結合懲罰因子ρ更新得到拉格朗日乘子λ的第n+1次迭代取值，并令n＝n+1再次執(zhí)行在拉格朗日乘子λ的第n次迭代取值保持不變的情況下，采用梯度下降法迭代求解等效優(yōu)化目標的步驟；
[0021]當滿足迭代終止條件時，將第n次迭代取值作為滿足等效優(yōu)化目標的系統(tǒng)運行參數(shù)。
[0022]其進一步的技術方案為，采用梯度下降法迭代求解等效優(yōu)化目標的方法包括：
[0023]初始化拉格朗日乘子λ的第一次迭代取值λ1，初始化系統(tǒng)運行參數(shù)x在第n+1次迭代的參數(shù)初始值初始化及懲罰因子ρ；
[0024]初始化迭代次數(shù)n＝1并初始化內循環(huán)迭代次數(shù)m＝1；
[0025]計算的梯度
[0026]當時確定不滿足內循環(huán)終止條件，更新得到令m＝m+1并再次執(zhí)行計算的梯度的步驟，α為迭代步長，ε
L
是梯度誤差限值；
[0027]當時確定滿足內循環(huán)終止條件，將作為系統(tǒng)運行參數(shù)x的第n次迭代取值并計算
[0028]當ΔT
n
>ε
T
或時確定未滿足迭代終止條件，更新得到λ
n+1
＝λ
n
+ρ
·
ΔT
n
，重置m＝1并將作為第n+1次迭代的參數(shù)初始值令n＝n+1并再次執(zhí)行計算的梯度的步驟，ε
T
是轉矩誤差限值；
[0029]當ΔT
n
≤ε
T
且時確定滿足迭代終止條件，將此時的系統(tǒng)運行參數(shù)x的第n次迭本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種帶雙向DC/DC變換器的永磁同步電機系統(tǒng)的驅動方法，所述永磁同步電機系統(tǒng)包括依次相連的供電電池、雙向DC/DC變換器、逆變器以及永磁同步電機，所述逆變器的直流母線的正極和負極之間跨接直流母線電容C
bus
，其特征在于，所述驅動方法包括：構建運行優(yōu)化目標和運行約束條件，所述運行優(yōu)化目標包括所述永磁同步電機系統(tǒng)的系統(tǒng)效率達到最大值，所述運行約束條件包括所述永磁同步電機的電機轉矩為恒定值；所述電機轉矩和所述系統(tǒng)效率均與所述永磁同步電機系統(tǒng)的待優(yōu)化的系統(tǒng)運行參數(shù)相關；利用廣義拉格朗日乘子法在所述運行約束條件下迭代求解所述運行優(yōu)化目標，確定使得所述系統(tǒng)效率達到最大值的所述系統(tǒng)運行參數(shù)；按照所述系統(tǒng)運行參數(shù)控制所述雙向DC/DC變換器中的開關管以及所述逆變器中的開關管。2.根據(jù)權利要求1所述的驅動方法，其特征在于，所述運行優(yōu)化目標以所述永磁同步電機的d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和所述逆變器的直流母線電壓U
dc
為待優(yōu)化變量，則利用廣義拉格朗日乘子法迭代求解，得到使得所述系統(tǒng)效率達到最大值的d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
。3.根據(jù)權利要求2所述的驅動方法，其特征在于，構建得到的所述運行優(yōu)化目標為構建得到的所述運行約束條件為T
e
(I
d
,I
q
,U
dc
)＝T
e0
；其中，η(I
d
,I
q
,U
dc
)表示受d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
影響的系統(tǒng)效率，T
e
(I
d
,I
q
,U
dc
)表示受d軸電流I
d
、q軸電流I
q
和直流母線電壓U
dc
影響的電機轉矩，ω是所述永磁同步電機的電機轉速，U
b
是所述供電電池的供電電壓，I
b
是所述供電電池的供電電流，T
e0
表示電機轉矩所要達到的恒定值。4.根據(jù)權利要求1所述的驅動方法，其特征在于，利用廣義拉格朗日乘子法在所述運行約束條件下迭代求解所述運行優(yōu)化目標的方法包括：根據(jù)所述運行約束條件將所述運行優(yōu)化目標轉換為無約束的等效優(yōu)化目標，采用梯度下降法迭代求解滿足所述等效優(yōu)化目標的系統(tǒng)運行參數(shù)，所述等效優(yōu)化目標為L(x,λ)取得最小值：其中，η(x)表示在系統(tǒng)運行參數(shù)x下的系統(tǒng)效率，T
e
(x)表示在系統(tǒng)運行參數(shù)x下的電機轉矩，T
e0
表示電機轉矩所要達到的恒定值，λ表示拉格朗日乘子，ρ表示懲罰因子。5.根據(jù)權利要求4所述的驅動方法，其特征在于，所述等效優(yōu)化...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：談正言，廖勇，
申請(專利權)人：無錫凌博電子技術股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：