异步电机电流确定方法及装置

技术领域

本发明涉及异步电机技术领域，尤其涉及异步电机电流确定方法及装置。

背景技术

异步电机相对于永磁同步电机而言，其优势在于成本低、拖曳扭矩较小，其不足在于整体效率较低。为了提高异步电机的运行效率，需要在每个需求扭矩下使用最优的电流控制。因此，如何确定异步电机的最优控制电流是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明通过提供异步电机电流确定方法及装置，解决了如何确定异步电机的最优控制电流的技术问题。

一方面，本发明提供如下技术方案：

一种异步电机电流确定方法，包括：

获取异步电机的需求扭矩；

根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系，确定所述需求扭矩对应的目标励磁电流；

根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系，确定所述目标励磁电流对应的目标转矩电流。

可选的，所述第一对应关系为记录固定扭矩步长下每个电机扭矩点对应的励磁电流点的表格；

所述根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系，确定所述需求扭矩对应的目标励磁电流，包括：

获取所述第一对应关系中与所述需求扭矩相邻的两个所述电机扭矩点对应的所述励磁电流点；对两个所述励磁电流点进行线性加权，得到所述目标励磁电流。

可选的，所述第二对应关系为记录每个所述励磁电流点对应的转矩电流点的表格；

所述根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系，确定所述目标励磁电流对应的目标转矩电流包括：

获取所述第二对应关系中与所述目标励磁电流相邻的两个所述励磁电流点对应的所述转矩电流点；

对两个所述转矩电流点进行线性加权，得到所述目标转矩电流。

可选的，所述获取异步电机的需求扭矩之前，还包括：

建立定子电感与所述励磁电流的第一表达式；

根据所述第一表达式，建立所述电机扭矩与所述励磁电流及所述转矩电流的第二表达式；

求取所述第二表达式的极值函数表达式；

对所述极值函数表达式进行显性化，得到所述转矩电流与所述励磁电流的第三表达式；

根据所述第二表达式和所述第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线；根据所述电机扭矩-励磁电流曲线建立所述第一对应关系；

根据所述第三表达式建立所述第二对应关系。

可选的，所述第二表达式为：

可选的，所述第三表达式为：

a0、a1、a2、a3、b1、b2、b3、w为傅里叶表达式系数；

p1、p2、p3为多项式表达式系数。

可选的，所述建立定子电感与所述励磁电流的第一表达式之前，还包括：

获取多个不同的所述励磁电流对应的定子Q轴电压；

根据每个所述定子Q轴电压及对应的所述励磁电流，计算每个所述励磁电流对应的所述定子电感；

根据多个所述定子电感及对应的所述励磁电流，建立所述第一表达式。

另一方面，本发明还提供如下技术方案：

一种异步电机电流确定装置，包括：

获取模块，用于获取异步电机的需求扭矩；

确定模块，用于根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系，确定所述需求扭矩对应的目标励磁电流；

根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系，确定所述目标励磁电流对应的目标转矩电流。

可选的，所述第一对应关系为记录固定扭矩步长下每个电机扭矩点对应的励磁电流点的表格；

所述确定模块，还用于：获取所述第一对应关系中与所述需求扭矩相邻的两个所述电机扭矩点对应的所述励磁电流点；对两个所述励磁电流点进行线性加权，得到所述目标励磁电流。

可选的，所述第二对应关系为记录每个所述励磁电流点对应的转矩电流点的表格；

所述确定模块，还用于：获取所述第二对应关系中与所述目标励磁电流相邻的两个所述励磁电流点对应的所述转矩电流点；对两个所述转矩电流点进行线性加权，得到所述目标转矩电流。

可选的，所述异步电机电流确定装置还包括：建立模块，用于建立定子电感与所述励磁电流的第一表达式；根据所述第一表达式，建立所述电机扭矩与所述励磁电流及所述转矩电流的第二表达式；求取所述第二表达式的极值函数表达式；对所述极值函数表达式进行显性化，得到所述转矩电流与所述励磁电流的第三表达式；根据所述第二表达式和所述第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线；根据所述电机扭矩-励磁电流曲线确定所述第一对应关系；根据所述第三表达式确定所述第二对应关系。

可选的，所述第二表达式为：

a0、a1、a2、a3、b1、b2、b3、w为傅里叶表达式系数；

p1、p2、p3为多项式表达式系数。

可选的，所述建立模块，还用于：获取多个不同的所述励磁电流对应的定子Q轴电压；根据每个所述定子Q轴电压及对应的所述励磁电流，计算每个所述励磁电流对应的所述定子电感；根据多个所述定子电感及对应的所述励磁电流，建立所述第一表达式。

另一方面，本发明还提供如下技术方案：

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一异步电机电流确定方法。

另一方面，本发明还提供如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述任一异步电机电流确定方法。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系确定需求扭矩对应的目标励磁电流，根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系确定目标励磁电流对应的目标转矩电流，能快速确定需求扭矩对应的异步电机最优控制电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中异步电机电流确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中电机扭矩-励磁电流曲线的示意图；

图3为本发明实施例中励磁电流-转矩电流曲线的示意图；

图4为本发明实施例中异步电机电流确定装置的示意图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供异步电机电流确定方法及装置，解决了如何确定异步电机的最优控制电流的技术问题。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的异步电机电流确定方法，包括：

步骤S1，获取异步电机的需求扭矩；

步骤S2，根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系，确定需求扭矩对应的目标励磁电流；

步骤S3，根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系，确定目标励磁电流对应的目标转矩电流。

步骤S1之前，本发明实施例还需要事先建立第一对应关系和第二对应关系，因此，步骤S1之前，异步电机电流确定方法还包括：

获取多个不同的励磁电流对应的定子Q轴电压；根据每个定子Q轴电压及对应的励磁电流，计算每个励磁电流对应的定子电感；根据多个定子电感及对应的励磁电流，建立定子电感与励磁电流的第一表达式；根据第一表达式，建立电机扭矩与励磁电流及转矩电流的第二表达式；求取第二表达式的极值函数表达式；对极值函数表达式进行显性化，得到转矩电流与励磁电流的第三表达式；根据第二表达式和第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线；根据电机扭矩-励磁电流曲线建立第一对应关系；根据第三表达式建立第二对应关系。

将异步电机的转速差给定为0、转矩电流给定为0，以固定步长isd_step给定励磁电流isd，记录每个励磁电流isd对应的定子Q轴电压Usq。

U

本发明提供两种第一表达式：

第一种，第一表达式为傅里叶表达式，

第二种，第一表达式为多项式表达式，

异步电机转矩与电机电感参数、励磁电流及转矩电流相关，其中电感参数又与励磁电流相关，故电机扭矩与励磁电流并不是简单的一次关系，需将电感参数与励磁电流的关系反应到电机扭矩中。

将定子漏感与转子漏感近似相等，令：

L

则扭矩表达式可转换为：

即第二表达式，T为电机扭矩，N

利用拉格朗日极值法，在固定电流矢量附加条件下，求取电机扭矩关于isd、isq二元函数的极值函数表达式，其中附加条件为：

i

拉格朗日辅助函数为：

γ为拉格朗日乘子；

辅助函数H对isd、isq求偏导，并令其等于0，得到：

联立公式一和二，可以得到极值函数表达式：

为Ls对isd的导数；

若第一表达式为傅里叶表达式，则

利用Matlab对极值函数表达式进行显性化：

syms isd isq a0 a1 a2 a3 b1 b2 b3 w

得到第三表达式：

本发明实施例中，可以选择a0＝0.001733，a1＝-0.0003476，b1＝-0.002001，a2＝-0.0008352，b2＝0.0004825，a3＝0.0001485，b3＝0.0001686，w＝0.006981，取α为经验值0.95。

若第一表达式为多项式表达式，则可以得到第三表达式：

本发明实施例中，可以选择p1＝-5.098，p2＝4784，p3＝4.798e+04。第一表达式为多项式表达式，求导数过程会非常简单，但拟合精度较傅里叶稍差。

得到第二表达式和第三表达式后，进而可以根据第二表达式和第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线，如图2所示。

本发明实施例可以直接将电机扭矩-励磁电流曲线的表达式作为第一对应关系，将第三表达式作为第二对应关系，那么获取异步电机的需求扭矩后，便可以将需求扭矩输入电机扭矩-励磁电流曲线的表达式得到目标励磁电流，将目标励磁电流输入第三表达式得到目标转矩电流，但实际中实现较为困难。

这里可以在MATLAB中分别画出电机扭矩-励磁电流曲线和第三表达式对应的转矩电流-励磁电流曲线，如图3所示，设定固定扭矩步长(如10N.m)，在电机扭矩-励磁电流曲线上寻找并记录各电机扭矩点下的励磁电流点，根据记录的励磁电流点在转矩电流-励磁电流曲线上寻找并记录各励磁电流点下的转矩电流点，由此生成电机扭矩点与励磁电流点和转矩电流点之间的表格。

上述情况下，第一对应关系为记录固定扭矩步长下每个电机扭矩点对应的励磁电流点的表格；步骤S2，包括：获取第一对应关系中与需求扭矩相邻的两个电机扭矩点对应的励磁电流点；对两个励磁电流点进行线性加权，得到目标励磁电流。如固定扭矩步长10N.m(10、20、30...)，若需求扭矩为15，则与需求扭矩相邻的两个电机扭矩点分别为10、20，对两个励磁电流点10、20对应的励磁电流点进行线性加权，得到目标励磁电流。若需求扭矩为20，则将电机扭矩点20对应励磁电流点的权重设为1、将电机扭矩点10或30对应励磁电流点的权重设为0即可。

上述情况下，第二对应关系为记录每个励磁电流点对应的转矩电流点的表格；步骤S3，包括：获取第二对应关系中与目标励磁电流相邻的两个励磁电流点对应的转矩电流点；对两个转矩电流点进行线性加权，得到目标转矩电流。

在得到目标励磁电流和目标转矩电流后，根据目标励磁电流和目标转矩电流对异步电机进行控制，可以提高异步电机的运行效率。本发明实施例通过标定获取了定子电感与励磁电流的耦合关系，将定子电感与励磁电流之间的耦合关系带入到电机扭矩方程中，得到较为准确的电机扭矩与励磁电流及转矩电流之间的一元二次方程，在此基础上通过拉格朗日极值法获取任何电流矢量下电机扭矩取极值时的转矩电流与励磁电流之间的显性表达式及极值扭矩与励磁电流之间的表达式，此过程不需要获取具体的电机参数、也不需要依赖大量标定点，减小了标定工作量；通过在极值扭矩与励磁电流的曲线上寻找等扭矩步长下的励磁电流值，并依据此励磁电流值在最优转矩电流与励磁电流曲线上寻找对应的转矩电流值，能快速的获取需求扭矩对应的最优控制电流，整个过程标定工作量非常小，且充分考虑耦合关系，标定精度高。

如图4所示，本发明实施例还提供一种异步电机电流确定装置，包括：

获取模块，用于获取异步电机的需求扭矩；

确定模块，用于根据电机扭矩与励磁电流的第一对应关系，确定需求扭矩对应的目标励磁电流；

根据励磁电流与转矩电流的第二对应关系，确定目标励磁电流对应的目标转矩电流。

获取模块获取异步电机的需求扭矩之前，本发明实施例还需要事先建立第一对应关系和第二对应关系，因此，异步电机电流确定装置还包括：

建立模块，用于获取多个不同的励磁电流对应的定子Q轴电压；根据每个定子Q轴电压及对应的励磁电流，计算每个励磁电流对应的定子电感；根据多个定子电感及对应的励磁电流，建立定子电感与励磁电流的第一表达式；根据第一表达式，建立电机扭矩与励磁电流及转矩电流的第二表达式；求取第二表达式的极值函数表达式；对极值函数表达式进行显性化，得到转矩电流与励磁电流的第三表达式；根据第二表达式和第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线；根据电机扭矩-励磁电流曲线建立第一对应关系；根据第三表达式建立第二对应关系。

将异步电机的转速差给定为0、转矩电流给定为0，以固定步长isd_step给定励磁电流isd，记录每个励磁电流isd对应的定子Q轴电压Usq。

U

本发明提供两种第一表达式：

第一种，第一表达式为傅里叶表达式，

第二种，第一表达式为多项式表达式，

异步电机转矩与电机电感参数、励磁电流及转矩电流相关，其中电感参数又与励磁电流相关，故电机扭矩与励磁电流并不是简单的一次关系，需将电感参数与励磁电流的关系反应到电机扭矩中。

将定子漏感与转子漏感近似相等，令：

L

则扭矩表达式可转换为：

即第二表达式，T为电机扭矩，N

利用拉格朗日极值法，在固定电流矢量附加条件下，求取电机扭矩关于isd、isq二元函数的极值函数表达式，其中附加条件为：

i

拉格朗日辅助函数为：

γ为拉格朗日乘子；

辅助函数H对isd、isq求偏导，并令其等于0，得到：

联立公式一和二，可以得到极值函数表达式：

为Ls对isd的导数；

若第一表达式为傅里叶表达式，则

利用Matlab对极值函数表达式进行显性化：

syms isd isq a0 a1 a2 a3 b1 b2 b3 w

得到第三表达式：

本发明实施例中，可以选择a0＝0.001733，a1＝-0.0003476，b1＝-0.002001，a2＝-0.0008352，b2＝0.0004825，a3＝0.0001485，b3＝0.0001686，w＝0.006981，取α为经验值0.95。

若第一表达式为多项式表达式，则可以得到第三表达式：

本发明实施例中，可以选择p1＝-5.098，p2＝4784，p3＝4.798e+04。第一表达式为多项式表达式，求导数过程会非常简单，但拟合精度较傅里叶稍差。

得到第二表达式和第三表达式后，进而可以根据第二表达式和第三表达式得到电机扭矩-励磁电流曲线，如图2所示。

本发明实施例可以直接将电机扭矩-励磁电流曲线的表达式作为第一对应关系，将第三表达式作为第二对应关系，那么获取异步电机的需求扭矩后，便可以将需求扭矩输入电机扭矩-励磁电流曲线的表达式得到目标励磁电流，将目标励磁电流输入第三表达式得到目标转矩电流，但实际中实现较为困难。

这里可以在MATLAB中分别画出电机扭矩-励磁电流曲线和第三表达式对应的转矩电流-励磁电流曲线，如图3所示，设定固定扭矩步长(如10N.m)，在电机扭矩-励磁电流曲线上寻找并记录各电机扭矩点下的励磁电流点，根据记录的励磁电流点在转矩电流-励磁电流曲线上寻找并记录各励磁电流点下的转矩电流点，由此生成电机扭矩点与励磁电流点和转矩电流点之间的表格。

上述情况下，第一对应关系为记录固定扭矩步长下每个电机扭矩点对应的励磁电流点的表格；确定模块，还可以用于：获取第一对应关系中与需求扭矩相邻的两个电机扭矩点对应的励磁电流点；对两个励磁电流点进行线性加权，得到目标励磁电流。如固定扭矩步长10N.m(10、20、30...)，若需求扭矩为15，则与需求扭矩相邻的两个电机扭矩点分别为10、20，对两个励磁电流点10、20对应的励磁电流点进行线性加权，得到目标励磁电流。若需求扭矩为20，则将电机扭矩点20对应励磁电流点的权重设为1、将电机扭矩点10或30对应励磁电流点的权重设为0即可。

上述情况下，第二对应关系为记录每个励磁电流点对应的转矩电流点的表格；确定模块，还可以用于：获取第二对应关系中与目标励磁电流相邻的两个励磁电流点对应的转矩电流点；对两个转矩电流点进行线性加权，得到目标转矩电流。

在得到目标励磁电流和目标转矩电流后，根据目标励磁电流和目标转矩电流对异步电机进行控制，可以提高异步电机的运行效率。本发明实施例通过标定获取了定子电感与励磁电流的耦合关系，将定子电感与励磁电流之间的耦合关系带入到电机扭矩方程中，得到较为准确的电机扭矩与励磁电流及转矩电流之间的一元二次方程，在此基础上通过拉格朗日极值法获取任何电流矢量下电机扭矩取极值时的转矩电流与励磁电流之间的显性表达式及极值扭矩与励磁电流之间的表达式，此过程不需要获取具体的电机参数、也不需要依赖大量标定点，减小了标定工作量；通过在极值扭矩与励磁电流的曲线上寻找等扭矩步长下的励磁电流值，并依据此励磁电流值在最优转矩电流与励磁电流曲线上寻找对应的转矩电流值，能快速的获取需求扭矩对应的最优控制电流，整个过程标定工作量非常小，且充分考虑耦合关系，标定精度高。

基于与前文所述的异步电机电流确定方法同样的发明构思，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前文所述的异步电机电流确定方法的任一方法的步骤。

其中，总线架构(用总线来代表)，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将包括由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和接收器和发送器之间提供接口。接收器和发送器可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线和通常的处理，而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

由于本发明实施例所介绍的电子设备为实施本发明实施例中异步电机电流确定方法所采用的电子设备，故而基于本发明实施例中所介绍的异步电机电流确定方法，本领域所属技术人员能够了解本发明实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中异步电机电流确定方法所采用的电子设备，都属于本发明所欲保护的范围。

基于与上述异步电机电流确定方法同样的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述任一异步电机电流确定方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。