(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112468032 A(43)申请公布日 2021.03.09
(21)申请号 202011519753.5(22)申请日 2020.12.21
(71)申请人 哈尔滨工业大学
地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西
大直街92号(72)发明人 郑萍 乔光远 尹佐生 杨士杰
陈闯 梁晓宇 (74)专利代理机构 哈尔滨华夏松花江知识产权
代理有限公司 23213
代理人 杨晓辉(51)Int.Cl.
H02P 6/34(2016.01)H02P 21/14(2016.01)H02P 21/20(2016.01)H02P 21/22(2016.01)
权利要求书4页 说明书14页 附图4页
H02P 25/022(2016.01)
(54)发明名称
永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法(57)摘要
永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，属于电机领域，本发明为解决传统电机效率MAP图的计算需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长的问题。本发明方法包括以下步骤：步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。CN 112468032 ACN 112468032 A
权 利 要 求 书
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1.永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；
步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；
步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。2.根据权利要求1所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，步骤一中所述全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法为：电机运行在基速值以下时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；电机运行在基速值以上时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；
采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出MTPA电流轨迹；
采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电压极限下电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代的过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹。
3.根据权利要求2所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤：
电流角迭代循环步骤包括：A1、初始化电流角初值区间[a1，b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；A2、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(β电流角迭代次数k＝1，2，3...k)，
判断结果为是，执行步骤A3；判断结果为否执行步骤A5；电流幅值目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；A3、令ak+1＝λbk+1＝bk，λββk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，A4、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤A7；k+1)，A5、令ak+1＝ak，bk+1＝ββλλk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，A6、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤A7；k+1)，A7、令k＝k+1；
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A8、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤A9；否则，返回步骤A2；其中L1为电流角迭代精度；A9、判断电流工作点是否同时满足电流极限与电压极限的要求：若I(λλk)≤Ilim&U(k)≤Ulim，Ilim为给定电流极限值，Ulim为给定电压极限值，输出MTPA电流轨迹；否则，重新输入转矩、转速指令，再返回执行步骤A1；
电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λk)、k；电流幅值迭代循环步骤包括：B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μv1：1、μv1＝c1+0.618(d1-c1)；1＝c1+0.382(d1-c1)、B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(v1)，1)、
转矩误差目标函数f(I)按
获取，其中：为给定转矩，Te(I，θ)为
电流角θ对应的转矩，Te(I，θ)根据电机非线性负载交直轴磁链模型计算获取；电流角θ为电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电流幅值；k、k；
B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μμh)和f(vh)是否存在关系f(h)＞f(vh)，电流幅值迭代次数h＝1，2，3...
判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，μvh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，h，h+1＝vh，计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；B5、令ch+1＝ch，dh+1＝vh，vh+1＝μμh，h+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，B6、令h＝h+1，B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
4.根据权利要求2所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤：
弱磁电流角迭代循环步骤包括：C1、初始化电流角初值区间[a1，b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；C2、判断负载电压目标函数值U(β若U(β执行k)和电压极限值Ulim的大小关系，k)＞Ulim，步骤C6；否则，执行步骤C3；
负载电压目标函数值U(β电流角迭代次数k＝1，2，k)通过调用电流幅值迭代循环获取，3...；
C3、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(βk)，
判断结果为是，执行步骤C4；判断结果为否执行步骤C6；电流幅值目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；C4、令ak+1＝λbk+1＝bk，λββk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，
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C5、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤C8；k+1)，C6、令ak+1＝ak，bk+1＝ββλλk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，C7、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤C8；k+1)，C8、令k＝k+1；C9、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤C10；否则，返回步骤C2；其中L1为电流角迭代精度；C10、判断电流工作点是否同时满足电流极限的要求：若I(λIlim为给定电流极k)≤Ilim，限值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹；否则，重新输入转矩、转速指令，再返回执行步骤C1；
电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λk)、k；电流幅值迭代循环步骤包括：B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μv1：1、μν1＝c1+0.382(d1-c1)、1＝c1+0.618(d1-c1)；B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(ν1)、1)，
转矩误差目标函数f(I)按
获取，其中：为给定转矩，Te(I，θ)为
电流角θ对应的转矩，Te(I，θ)根据电机非线性负载交直轴磁链模型计算获取；电流角θ为电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电流幅值；k、k；
B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μμh)和f(vh)是否存在关系f(h)＞f(vh)，电流幅值迭代次数h＝1，2，3...
判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，μννh，h+1＝h，h+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；B5、令ch+1＝ch，dh+1＝vh，vh+1＝μμh，h+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，B6、令h＝h+1，B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
5.根据权利要求3或4所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，电机非线性负载交直轴磁链模型的建立过程：
在电机的电流极限范围内等距或不等距的选取一系列电流工作点，包括等距或不等距电流幅值系列值及等距或不等距电流角系列值，所选取的电流工作点间距由电机的饱和程度决定，需要保证相邻两电流工作点之间的铁心磁导率保持不变，铁心按线性材料处理；
采用仿真或实验的方式，计算所选取的电流工作点对应的电机负载交、直轴磁链数据，并将得到的负载交、直轴磁链数据进行插值，得到电流极限范围内所有电流工作点的负载交、直轴磁链模型，即永磁同步电机的非线性磁链模型：ψθ)＝ψiq)d(I，d(id，ψθ)＝ψiq)。q(I，q(id，
6.根据权利要求5所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，转矩Te
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(I，θ)由电机非线性负载交直轴磁链模型计算输出，按如下公式获取：
Te(I，θ)＝p(ψθ)iq-ψθ)id)d(I，q(I，其中，p为电机极对数，id为电机的直轴电流，iq为电机的交轴电流，ψd为电机的直轴磁链，ψq为电机的交轴磁链。
7.根据权利要求6所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，电压幅值U(θ)按下式获取：
其中直轴电压交轴电压
w为电机的电角速度，R1为电机电阻。
8.根据权利要求7所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，其特征在于，步骤三利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损的过程为：
电机在任一工作点的铁损按改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型
获取；
其中，g1(u)为开路状态的损耗，
为短路状态的损耗：
式中，ah为开路等效磁滞损耗系数，bh为短路等效磁滞损耗系数，ae为开路等效涡流损耗系数，be为短路等效涡流损耗系数；ψid＝0时的电机直轴磁链ψψψiq)；m为空载磁链，d，m＝d(0，
为d轴电枢反应压降，
ψψiq)根据非线性负载磁链模型获取。m和d(id，
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说 明 书
永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种适用于永磁同步电机的全速域效率MAP图快速计算方法，属于电机领域。
背景技术
[0002]近年来传统汽车保有量激增，造成的环境污染问题日益严重，逐步成为加剧全球变暖和温室效应的重要因素之一。同时，传统汽车使用内燃机，其能量转化率较低，且十分依赖石油等不可再生资源，环境污染和能源危机的双重压力促使传统汽车产业逐步向新能源汽车方向发展。稀土永磁同步电机具有高功率因数、高功率密度、高效率、高可靠性等优点，被广泛应用于电动汽车，轨道交通，家用电器，航空航天和国防工业等领域。稀土永磁电机按转子结构不同可以分为表贴式永磁同步电机和内置式永磁同步电机，其中内置式永磁同步电机的交、直轴电感不同，利用电感的不对称性可以产生额外的磁阻转矩，进而提高电机的转矩输出能力。
[0003]电机效率MAP图是测试电机性能的一个关键指标，用来反映电机在不同转速、转矩下的效率分布情况，电机效率MAP图不仅可以反映电机性能的好坏，还可以为电机的运行控制策略的制定提供指导，一般尽量使电机工作在高效运行区间。但是电机效率MAP图的计算一般需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长。以有限元计算电机效率MAP图为例，传统计算方式确定电流轨迹的过程复杂，确定电流轨迹后还需要将电流工作点带入有限元仿真中计算相应工作点的铁损，进而计算电机在相应工作点的效率，计算过程复杂，计算量大，计算时间长。发明内容
[0004]本发明目的是为了解决传统电机效率MAP图的计算需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长的问题，提供了一种永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法。本方法仅在前期建立电机非线性负载磁链模型时需要进行少量的有限元仿真或试验工作，在效率MAP图计算方法实施过程中不再需要进行有限元仿真或试验，计算简单，计算量小，计算速度快。
[0005]本发明所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，该方法包括以下步骤：[0006]步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；[0007]步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；[0008]步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；[0009]步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。[0010]优选地，步骤一中所述全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法为：电机运行在基速值以下时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用MTPA控制方式获取
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电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；电机运行在基速值以上时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；
[0011]采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出MTPA电流轨迹；
[0012]采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电压极限下电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代的过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹。[0013]优选地，采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤：[0014]电流角迭代循环步骤包括：[0015]A1、初始化电流角初值区间[a1,b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：[0016]λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；[0017]A2、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(β电流角迭代次数k＝1,2,3...k)，[0018]判断结果为是，执行步骤A3；判断结果为否执行步骤A5；[0019]电流幅值目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；[0020]A3、令ak+1＝λbk+1＝bk，λββk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，[0021]A4、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤A7；k+1)，[0022]A5、令ak+1＝ak，bk+1＝ββλλk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，[0023]A6、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤A7；k+1)，[0024]A7、令k＝k+1；[0025]A8、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤A9；否则，返回步骤A2；[0026]其中L1为电流角迭代精度；[0027]A9、判断电流工作点是否同时满足电流极限与电压极限的要求：若I(λk)≤Ilim&U(λIlim为给定电流极限值，Ulim为给定电压极限值，输出MTPA电流轨迹；否则，重新k)≤Ulim，输入转矩、转速指令，再返回执行步骤A1；[0028]电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λk)、k；[0029]电流幅值迭代循环步骤包括：[0030]B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μν1、1：[0031]μv1＝c1+0.618(d1-c1)；1＝c1+0.382(d1-c1)、[0032]B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(v1)，1)、
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转矩误差目标函数f(I)按获取，其中：为给定转矩，Te(I,
θ)为电流角θ对应的转矩，Te(I,θ)根据电机非线性负载交直轴磁链模型计算获取；电流角θ
为电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电流幅值；k、k；[0034]B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μνh)和f(h)是否存在关系f(μν电流幅值迭代次数h＝1,2,3…h)＞f(h)，[0035]判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；[0036]B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，μvh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，h，h+1＝vh，[0037]计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；[0038]B5、令ch+1＝ch，dh+1＝vh，vh+1＝μμh，h+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，[0039]计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，[0040]B6、令h＝h+1，[0041]B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
[0042]优选地，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤：[0043]弱磁电流角迭代循环步骤包括：[0044]C1、初始化电流角初值区间[a1,b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：[0045]λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；[0046]C2、判断负载电压目标函数值U(β若U(βk)和电压极限值Ulim的大小关系，k)＞Ulim，执行步骤C6；否则，执行步骤C3；[0047]负载电压目标函数值U(β电流角迭代次数k＝k)通过调用电流幅值迭代循环获取，1,2,3…；[0048]C3、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(βk)，[0049]判断结果为是，执行步骤C4；判断结果为否执行步骤C6；[0050]电流幅值目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；[0051]C4、令ak+1＝λbk+1＝bk，λββk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，[0052]C5、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤C8；k+1)，[0053]C6、令ak+1＝ak，bk+1＝ββλλk，k+1＝k，k+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，[0054]C7、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤C8；k+1)，[0055]C8、令k＝k+1；[0056]C9、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤C10；否则，返回步骤C2；[0057]其中L1为电流角迭代精度；[0058]C10、判断电流工作点是否同时满足电流极限的要求：若I(λIlim为给定电k)≤Ilim，流极限值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹；否则，重新输入转矩、转速指令，再返回执行步骤C1；
[0059]电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λk)、k；[0060]电流幅值迭代循环步骤包括：
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B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μν1、1：μv1＝c1+0.618(d1-c1)；1＝c1+0.382(d1-c1)、B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(v1)，1)、转矩误差目标函数f(I)按
获取，其中：为给定转矩，Te(I,
θ)为电流角θ对应的转矩，Te(I,θ)根据电机非线性负载交直轴磁链模型计算获取；电流角θ
为电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电流幅值；k、k；[0065]B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μνh)和f(h)是否存在关系f(μν电流幅值迭代次数h＝1,2,3…h)＞f(h)，[0066]判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；[0067]B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，μvh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，h，h+1＝vh，[0068]计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；[0069]B5、令ch+1＝ch，dh+1＝vh，vh+1＝μμh，h+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，[0070]计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，[0071]B6、令h＝h+1，[0072]B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
[0073]优选地，电机非线性负载交直轴磁链模型的建立过程：
[0074]在电机的电流极限范围内等距或不等距的选取一系列电流工作点，包括等距或不等距电流幅值系列值及等距或不等距电流角系列值，所选取的电流工作点间距由电机的饱和程度决定，需要保证相邻两电流工作点之间的铁心磁导率保持不变，铁心按线性材料处理；
[0075]采用仿真或实验的方式，计算所选取的电流工作点对应的电机负载交、直轴磁链数据，并将得到的负载交、直轴磁链数据进行插值，得到电流极限范围内所有电流工作点的负载交、直轴磁链模型，即永磁同步电机的非线性磁链模型：[0076]ψθ)＝ψd(I,d(id,iq)[0077]ψθ)＝ψq(I,q(id,iq)。[0078]优选地，转矩Te(I,θ)由电机非线性负载交直轴磁链模型计算输出，按如下公式获取：
[0079]Te(I,θ)＝p(ψθ)iq-ψθ)id)d(I,q(I,[0080]其中，p为电机极对数，id为电机的直轴电流，iq为电机的交轴电流，ψd为电机的直轴磁链，ψq为电机的交轴磁链。[0081]优选地，电压幅值U(θ)按下式获取：
[0082][0083]
其中直轴电压交轴电压
[0084]
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w为电机的电角速度，R1为电机电阻。
[0086]优选地，步骤三利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损的过程为：
[0087]电机在任一工作点的铁损按改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型
[0088]
[0089][0090][0091]
获取；
其中，g1(U)为开路状态的损耗，
为短路状态的损耗：
[0092][0093]
式中，ah为开路等效磁滞损耗系数，bh为短路等效磁滞损耗系数，ae为开路等效涡
流损耗系数，be为短路等效涡流损耗系数；[0094]ψid＝0时的电机直轴磁链ψψψm为空载磁链，d，m＝d(0,iq)；
为d轴电枢反应压降，
[0095]
ψψm和d(id,iq)根据非线性负载磁链模型获取。[0097]本发明的有益效果：[0098](1)提供了一种适用于永磁同步电机的全速域效率MAP图快速计算方法，该计算方法可以快速、准确地给出电机在MTPA控制、弱磁控制、最大输出功率控制等控制方式下的效率MAP图。效率MAP的计算过程中，仅电机非线性负载磁链模型的建立需要进行少量的有限元仿真或试验工作，其余的效率MAP图计算过程不再需要进行有限元仿真或试验，计算简单，计算量小，计算速度快。[0099](2)提供了一种基于双黄金分割迭代法的全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法，该搜索方法包括两部分，恒转矩区的效率最优控制电流轨迹搜索方法和弱磁区的效率最优控制电流轨迹搜索方法，每个搜索方法具有两个迭代循环：弱磁电流角迭代和电流幅值迭代。利用电机的负载磁链模型，搜索过程迭代收敛速度快，计算量小，可以快速、准确地实现永磁同步电机全速域效率最优控制，提高电机运行性能。[0100](3)提供了一种充分考虑电机非线性的负载磁链模型，充分考虑了不同磁化状态下、不同负载情况下铁心饱和等非线性因素对电机模型的影响规律，可以准确模拟电机在不同磁化状态下、不同负载情况下的非线性特性，不需要计算电感、永磁磁链等参数，可以准确计算电机转矩、负载电压等。[0101](4)提供了一种基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型，根据搜索方法得到的电流轨迹，利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型，不需要有限元仿真，就可以快速、准确的计算相应工况下的电机铁损。[0102]本发明不仅针对常规永磁同步电机，对新型永磁同步电机，如可调磁通永磁同步电机等同样适用，可调磁通永磁同步电机结构与常规永磁同步电机结构相似，由于采用了
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[0096]
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低矫顽力永磁体，电机的磁化状态可以通过在电枢绕组中施加充、去磁电流进行相应地调整，电机可以运行在多个磁化状态下，但电机在每个磁化状态下的运行原理与常规永磁同步电机一致，所以本发明的内容同样适用于新型永磁同步电机。附图说明
[0103]图1是本发明所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法流程图；
[0104]图2是采用本发明所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法绘制的效率MAP图，此时电机采用全速域效率最优控制方式；
[0105]图3是基于双黄金分割迭代法的全速域效率最优控制恒转矩区电流轨迹搜索方法流程图；
[0106]图4是基于双黄金分割迭代法的全速域效率最优控制弱磁区电流轨迹搜索方法流程图；
[0107]图5是串并联可调磁通永磁同步电机饱和去磁后的负载磁链模型，其中图5(a)是负载直轴磁链模型，图5(b)是负载交轴磁链模型。具体实施方式
[0108]本发明公开了一种适用于永磁同步电机的全速域效率MAP图快速计算方法，该计算方法可以快速、准确地给出电机在MTPA控制、弱磁控制、最大输出功率控制等控制方式下的效率MAP图。该计算方法首先通过基于双黄金分割迭代法的全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法得到电机的电流轨迹，利用永磁同步电机非线性负载磁链模型计算电机的输出转矩和负载电压，利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损，不需要有限元仿真即可快速、准确计算出电机的功率、铜损、铁损等，进而实现电机效率的快速、准确计算。[0109]具体实施方式一：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，该方法包括以下步骤：[0110]步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；
[0111]在本步骤中采用图3、4所示的全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取一系列多个工作点的电流轨迹：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λk)、k；[0112]步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；[0113]每个工作点的电流幅值获取之后可计算铜损。[0114]步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；[0115]步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。
[0116]步骤一中的全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法基于黄金分割的思想，可以在给定的转矩指令、转速指令、电机磁化状态下，获取电流幅值最小的电流工作点，实现全速域效率最优控制控制。电机运行在基速值以下为恒转速区域，基速值以上为弱磁区域，为了实现全速域效率最优，本发明在基速值以下时MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；电机运行在基速值以上时，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值
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最小的电流工作点作为电流轨迹；考虑到电感和永磁磁链的非线性，电流幅值难以通过转矩公式直接求得，所以在电流角(弱磁电流角)迭代过程中嵌套了电流幅值迭代，电流幅值迭代过程中转矩的计算使用了电机非线性负载交直轴磁链模型，考虑了电感和永磁磁链非线性的影响，计算结果准确。使用该非线性负载磁链模型可以准确的计算电机转矩、负载电压等，不再需要计算电感，永磁磁链等参数，计算量小，计算速度快，能够准确模拟永磁同步电机不同磁化状态下、不同负载情况下铁心饱和程度的变化规律，实现电机的准确建模。[0117]全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法，电机运行在基速值以下时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；电机运行在基速值以上时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；[0118]采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出MTPA电流轨迹；
[0119]采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电压极限下电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代的过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹。[0120]首先建立电机非线性负载交直轴磁链模型：[0121]针对永磁同步电机不同磁化状态下、不同负载情况下铁心饱和程度变化明显，电机参数变化明显的特点，首先提出并建立一种非线性磁链模型，来模拟电机在不同磁化状态下、不同负载情况下的非线性特性。
[0122]在电机的电流极限范围内等距或不等距的选取一系列电流工作点，如电流幅值选取范围为(0，2，4，…)，电流角选取范围为(0°，5°，10°，…)，所选取的电流工作点间距由电机的饱和程度决定，需要保证相邻两电流工作点之间的铁心磁导率保持不变，铁心可以作为线性材料处理。采用仿真或实验的方式，计算所选取的电流工作点对应的电机负载交、直轴磁链数据，并将得到的负载交、直轴磁链数据进行插值，得到电流极限范围内所有电流工作点的负载交、直轴磁链模型，即永磁同步电机的非线性磁链模型：[0123]ψθ)＝ψd(I,d(id,iq)[0124]ψθ)＝ψq(I,q(id,iq)[0125]直轴磁链模型：ψθ)＝ψ根据电机的交直轴电流就可以对应计算出电d(I,d(id,iq)，机的直轴磁链ψd。
[0126]交轴磁链模型：ψθ)＝ψ根据电机的交直轴电流就可以对应计算出电q(I,q(id,iq)，机的交轴磁链ψq。
[0127]根据得到的非线性磁链模型，可以准确地计算电机的电磁转矩、负载电压等，电磁
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转矩和负载电压的计算公式如下所示：[0128]转矩计算公式：[0129]Te(I,θ)＝p(ψθ)iq-ψθ)id)d(I,q(I,[0130]其中，Te(I,θ)为电磁转矩，p为电机极对数，id为电机的直轴电流，iq为电机的交轴电流，ψψd为电机的直轴磁链，q为电机的交轴磁链。
[0131][0132]
电压幅值其中直轴电压交轴电压
[0133][0134]
w为电机的电角速度，R1为电机电阻。
[0135]该模型结合永磁同步电机考虑铁心饱和时可以处理为分段线性模型的特点，只需要计算电机额定运行电流范围内的一小部分电流工作点对应的负载磁链，再利用分段线性的特点插值得到所有电流工作点的负载磁链，同时不再需要计算电感，永磁磁链等参数，该模型计算量小，计算速度快，且能够准确模拟永磁同步电机不同磁化状态下、不同负载情况下铁心饱和程度的变化规律，实现电机的准确建模。[0136]下面给出一个模型实施例：以一个极数为6，槽数为45，额定转速为2100转/分，饱和去磁后额定转矩为12.2Nm的串并联磁路型永磁同步电机为例，通过有限元仿真的手段获得电机的非线性磁链模型。此时电机磁化状态为饱和去磁，电机的电流给定为：直轴电流id取值为(0，-2，-4，-6，-8，-10，-12)(A)，共7个离散的电流点；交轴电流iq取值为(0，2，4，6，8，10，12)(A)，共7个离散的电流点；共有7×7＝49个离散的电流工作点。通过有限元仿真软件，仿真计算得到电机在饱和去磁状态下在上述的49个电流工作点处的电机直、交轴磁链，并对相邻两个电流工作点之间的其他电流工作点对应的磁链进行插值，得到串并联永磁同步电机在电流极限值范围内所有电流工作点对应的直、交轴负载磁链，即电机的非线性磁链模型，如附图5所示。
[0137]基于双黄金分割迭代法的MTPA电流控制方式获取电流轨迹：可以在给定的转矩指令、转速指令、电机充磁状态下，获取电流幅值最小的电流工作点，从而实现MTPA控制，具体参见图3所示。
[0138]该过程具有两个迭代循环：电流角迭代和电流幅值迭代。首先进行电流角的迭代，在给定的转矩指令、转速指令、电机充磁状态下，电流角迭代方向为电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代的同时，嵌套电流幅值的迭代，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向。当电流角的迭代区间小于给定值，认为电流幅值已经收敛至最小值，即MTPA工作点。[0139]电流角迭代循环步骤中的目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取，k＝1,2,3…即需要调用电流幅值迭代循环获取的目标函数值有I(λI(βI(λI1)、1)；2)、(βI(λI(β输出至电流幅值迭代循环的参数为电流角试探点λβk＝1时，θ＝λ2)；3)、3)…，k、k，1和β需要进行两次电流幅值迭代循环，k＝2,3…时，θ＝λβ进行一次电流幅值1两个值，k或k，迭代循环即可，经电流幅值迭代输出I(θ)，即相当于输出I(λβk)或I(k)作为目标函数值返回
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电流角迭代循环中。
[0140]考虑到电感和永磁磁链的非线性，电流幅值难以通过转矩公式直接求得，所以在电流角迭代过程中嵌套了幅值迭代，幅值迭代过程中转矩的计算使用了非线性负载磁链模型，考虑了电感和永磁磁链非线性的影响，电流幅值迭代结果准确。
[0141]下面介绍基于双黄金分割迭代法的MTPA控制获取电流轨迹的实施步骤：包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤。[0142]电流角迭代循环步骤包括：[0143]A1、初始化电流角初值区间[a1,b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：[0144]λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；[0145]比如[a1,b1]取值为[0°，90°]，同时设定迭代精度，随着迭代过程的不断进行，当区间长度小于给定的迭代精度时，认为迭代收敛。[0146]A2、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(β电流角迭代次数k＝1,2,3...k)，[0147]判断结果为是，执行步骤A3；判断结果为否执行步骤A5；[0148]电流幅值目标函数的输入为电流角，目标函数的输出为给定转矩下的电流幅值，目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；[0149]A3、令ak+1＝λ则k,bk+1＝bk，[0150]λk+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)
[0151] ＝ak+0.382(bk-ak)+0.382(bk-ak-0.382(bk-ak))[0152] ＝ak+0.618(bk-ak)＝βk[0153]βk+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，[0154]A4、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤A7；k+1)，[0155]本步骤中不用执行计算λ因为I(λβ即利用上次迭代的k+1的调用步骤，k+1)＝I(k)，结果即可。由于使用黄金分割系数确定下一次迭代时的试探点，在进行下一次试探点选取的时候，其中一个试探点直接取自上一次迭代时的试探点，只需重新计算另一个试探点，节省了计算资源，计算量小，计算速度快。[0156]A5、令ak+1＝ak,bk+1＝β则k，[0157]βk+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)
[0158] ＝ak+0.618(ak+0.618(bk-ak)-ak)[0159] ＝ak+0.382(bk-ak)＝λλk＝k+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，[0160]A6、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤A7；k+1)，[0161]本步骤中不用执行计算I(β因为I(βλ即利用上次迭代k+1)的调用步骤，k+1)＝I(k)，的结果即可。由于使用黄金分割系数确定下一次迭代时的试探点，在进行下一次试探点选取的时候，其中一个试探点直接取自上一次迭代时的试探点，只需重新计算另一个试探点，节省了计算资源，计算量小，计算速度快。[0162]A7、令k＝k+1；[0163]A8、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤A9；否则，返回步骤A2；[0164]其中L1为电流角迭代精度；[0165]A9、判断电流工作点是否同时满足电流极限与电压极限的要求：若I(λk)≤Ilim&U
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(λIlim为给定电流极限值，Ulim为给定电压极限值，输出MTPA电流轨迹；否则，重新k)≤Ulim，输入转矩、转速指令，再返回执行步骤A1；[0166]输出MTPA电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λ输入不同的转k)、k的工作点，速、转矩可获取一系列工作点数据。[0167]k＝1时，将试探点初值λβ通过调用电流幅值迭代循环1、1输入至电流幅值迭代中，计算出目标函数值I(λI(β根据步骤A2的判断结果决定计算1)、1)并返回电流角迭代循环中，k+1时计算哪个试探点，k+1时的目标函数值也是调用电流幅值迭代循环完成，根据步骤A8判断迭代是否收敛，若不收敛继续迭代循环；若收敛且满足步骤A9的电流极限、电压极限要求，输出MTPV轨迹，若收敛但不满足电流极限、电压极限要求，证明系统输入的参数偏差大，则重新输入转矩、转速指令，从头重新执行两个迭代循环。[0168]电流幅值迭代循环步骤包括：[0169]B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μv1：1、[0170]μv1＝c1+0.618(d1-c1)；1＝c1+0.382(d1-c1)、[0171]比如当电流极限值为12A，电流值的初值区间定为[0A，12A]，同时设定迭代精度，随着迭代过程的不断进行，当区间长度小于给定的迭代精度时，认为迭代收敛。[0172]B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(v1)，1)、
[0173]
转矩误差目标函数f(I)按获取，其中：为给定转矩，Te(I,θ)
为电流角θ对应的转矩，电流角θ在电流幅值迭代的过程中不变，为一确定值，电流角θ为电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电流幅值，id＝I sinθ，iq＝I cosθ；k、k；[0174]转矩Te(I,θ)由电机非线性负载交直轴磁链模型计算输出，按如下公式获取：[0175]Te(I,θ)＝p(ψθ)iq-ψθ)id)d(I,q(I,[0176]其中，p为电机极对数，id为电机的直轴电流，iq为电机的交轴电流，ψd为电机的直轴磁链，ψq为电机的交轴磁链。[0177]B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μνh)和f(h)是否存在关系f(μν电流幅值迭代次数h＝1,2,3…h)＞f(h)，[0178]判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；[0179]B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，则h,[0180]μh+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)
[0181] ＝ch+0.382(dh-ch)+0.382(dh-ch-0.382(dh-ch))[0182] ＝ch+0.618(dh-ch)＝vh[0183]vh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，[0184]计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；[0185]B5、令ch+1＝ch,dh+1＝vh，则
[0186]vh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)＝ch+0.618(ch+0.618(dh-ch)-ch)[0187] ＝ch+0.382(dh-ch)＝μh[0188]μh+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，[0189]计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，[0190]B6、令h＝h+1，[0191]B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压
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幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
[0192]基于双黄金分割迭代法的弱磁区效率最优控制获取电流轨迹：可以在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，获取电流幅值最小的电流工作点，实现弱磁区效率最优控制，具体参见图4所示。
[0193]该过程具有两个迭代循环：弱磁电流角迭代和电流幅值迭代。首先进行弱磁电流角的迭代，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限和电流极限下，电流角迭代方向为电压极限下，电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代的同时，嵌套电流幅值的迭代，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向。当电流角的迭代区间小于给定值，认为电流幅值已经收敛至最小值，即弱磁区效率最优控制工作点。
[0194]考虑到电感和永磁磁链的非线性，电流幅值难以通过转矩公式直接求得，所以在电流角迭代过程中嵌套了幅值迭代，幅值迭代过程中转矩的计算使用了非线性负载磁链模型，考虑了电感和永磁磁链非线性的影响，电流幅值迭代结果准确。
[0195]下面介绍基于双黄金分割迭代法的弱磁区效率最优控制获取电流轨迹的实施步骤：包括弱磁电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤。[0196]弱磁电流角迭代循环步骤包括：[0197]C1、初始化电流角初值区间[a1,b1]，并计算电流角试探点初值λβ1、1：[0198]λβ1＝a1+0.382(b1-a1)、1＝a1+0.618(b1-a1)；[0199]比如[a1,b1]取值为[0°，90°]，同时设定迭代精度，随着迭代过程的不断进行，当区间长度小于给定的迭代精度时，认为迭代收敛。[0200]C2、判断负载电压目标函数值U(β若U(βk)和电压极限值Ulim的大小关系，k)＞Ulim，执行步骤C6；否则，执行步骤C3；[0201]负载电压目标函数值U(β电流角迭代次数k＝k)通过调用电流幅值迭代循环获取，1,2,3…；[0202]调用电流幅值迭代循环输出U(θ)＝U(βλ本实施方式只用到U(β负载k)或U(k)，k)，电压目标函数的输入为电流角，输出为给定转矩、转速下的负载电压。[0203]C3、判断两电流角试探点处电流幅值目标函数值I(λβλk)和I(k)是否存在关系I(k)＞I(βk)，[0204]判断结果为是，执行步骤C4；判断结果为否执行步骤C6；[0205]电流幅值目标函数值I(λβk)和I(k)通过调用电流幅值迭代循环获取；[0206]电流幅值目标函数的输入为电流角，输出为给定转矩、转速下的电流幅值。[0207]C4、令ak+1＝λ则k,bk+1＝bk，[0208]λk+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)
[0209] ＝ak+0.382(bk-ak)+0.382(bk-ak-0.382(bk-ak))[0210] ＝ak+0.618(bk-ak)＝βk[0211]βk+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)，[0212]C5、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(β然后执行步骤C8；k+1)，[0213]本步骤中不用执行计算λ因为I(λβ即利用上次迭代的k+1的调用步骤，k+1)＝I(k)，
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结果即可。由于使用黄金分割系数确定下一次迭代时的试探点，在进行下一次试探点选取的时候，其中一个试探点直接取自上一次迭代时的试探点，只需重新计算另一个试探点，节省了计算资源，计算量小，计算速度快。[0214]C6、令ak+1＝ak,bk+1＝β则k，[0215]βk+1＝ak+1+0.618(bk+1-ak+1)
[0216] ＝ak+0.618(ak+0.618(bk-ak)-ak)[0217] ＝ak+0.382(bk-ak)＝λk[0218]λk+1＝ak+1+0.382(bk+1-ak+1)，[0219]C7、调用电流幅值迭代循环获取电流幅值目标函数值I(λ然后执行步骤C8；k+1)，[0220]本步骤中不用执行计算I(β因为I(βλ即利用上次迭代k+1)的调用步骤，k+1)＝I(k)，的结果即可。由于使用黄金分割系数确定下一次迭代时的试探点，在进行下一次试探点选取的时候，其中一个试探点直接取自上一次迭代时的试探点，只需重新计算另一个试探点，节省了计算资源，计算量小，计算速度快。[0221]C8、令k＝k+1；[0222]C9、判断迭代是否收敛：若bk-ak＜L1，执行步骤C10；否则，返回步骤C2；[0223]其中L1为电流角迭代精度；[0224]C10、判断电流工作点是否同时满足电流极限的要求：若I(λIlim为给定电k)≤Ilim，流极限值，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹；否则，重新输入转矩、转速指令，再返回执行步骤C1；[0225]弱磁区效率最优控制电流轨迹为：电流幅值I＝I(λ电流角θ＝λ输入不同的转k)、k，速、转矩可获取一系列工作点数据。[0226]k＝1时，将试探点初值λβ通过调用电流幅值迭代循环1、1输入至电流幅值迭代中，计算出目标函数值I(λI(βU(β根据步骤C2的判断结果决1)、1)、1)并返回电流角迭代循环中，定计算k+1时计算哪个试探点，k+1时的目标函数值也是调用电流幅值迭代循环完成，根据步骤C8判断迭代是否收敛，若不收敛继续迭代循环；若收敛且满足步骤C10的电流极限要求，输出弱磁区效率最优控制电流轨迹，若收敛但不满足电流极限要求，证明系统输入的参数偏差大，则重新输入转矩、转速指令，从头重新执行两个迭代循环。[0227]电流幅值迭代循环步骤包括：[0228]B1、初始化电流幅值的初值区间：[c1，d1]，并计算电流幅值试探点初值μν1、1：[0229]μv1＝c1+0.618(d1-c1)；1＝c1+0.382(d1-c1)、[0230]比如当电流极限值为12A，电流值的初值区间定为[0A，12A]，同时设定迭代精度，随着迭代过程的不断进行，当区间长度小于给定的迭代精度时，认为迭代收敛。[0231]B2、计算两电流幅值试探点处的转矩误差目标函数值：f(μf(v1)，1)、
[0232]
转矩误差目标函数f(I)按获取，其中：为给定转矩，Te(I,
θ)为电流角θ对应的转矩，电流角θ为弱磁电流角迭代循环输出的电流角试探点λβI为电k、k；流幅值；[0233]B3、判断两电流幅值试探点处转矩误差目标函数值f(μνh)和f(h)是否存在关系f(μν电流幅值迭代次数h＝1,2,3…h)＞f(h)，[0234]判断结果为是，执行步骤B4；判断结果为否执行步骤B5；
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B4、令ch+1＝μdh+1＝dh，则h,
[0236]μh+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)
[0237] ＝ch+0.382(dh-ch)+0.382(dh-ch-0.382(dh-ch))[0238] ＝ch+0.618(dh-ch)＝vh[0239]vh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)，[0240]计算目标函数值f(vh+1)，然后步骤B6；[0241]B5、令ch+1＝ch,dh+1＝ν则h，[0242]νh+1＝ch+1+0.618(dh+1-ch+1)＝ch+0.618(ch+0.618(dh-ch)-ch)[0243] ＝ch+0.382(dh-ch)＝μh[0244]μh+1＝ch+1+0.382(dh+1-ch+1)，[0245]计算目标函数值f(μ然后步骤B6；h+1)，[0246]B6、令h＝h+1，[0247]B7、判断迭代是否收敛：若dh-ch＜L2，输出给定电流角对应的电流幅值I(θ)、电压幅值U(θ)，输出结果用于电流角的迭代搜索过程；否则，返回步骤B3；其中L2为电流幅值迭代精度。
[0248]通过上述的基于双黄金分割迭代法的全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法可以获得任一工作点(给定转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限)在全速域范围内(基速值以下的恒转矩区)和基速值以上的弱磁区实现效率最优控制时应该施加的电流幅值及相位，该搜索方法迭代收敛速度快，计算量小，且考虑了铁心饱和等非线性因素的影响，计算结果准确。
[0249]电机在恒转矩区运行时，电机的负载端电压未达到电机极限值，恒转矩区的效率最优控制电流轨迹搜索方法基于黄金分割的思想，可以在给定的转矩指令、转速指令下，获取电机在恒转矩区运行时电流幅值最小的电流工作点，实现恒转矩区的效率最优控制、即MTPA控制；电机在弱磁区运行时，若继续采用MTPA控制，电机的负载端电压会超过电压极限值，必须增加直轴弱磁电流以降低电机负载端电压，弱磁区的效率最优控制电流轨迹搜索方法基于黄金分割的思想，可以在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，获取电机在弱磁区运行时电流幅值最小的电流工作点，实现弱磁区的效率最优控制。
[0250]步骤三利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损的过程为：
[0251][0252][0253][0254]
使用有限元仿真计算电机在两个工况下的损耗：开路损耗和短路损耗计算公式中的等效磁滞损耗系数和等效涡流损耗系数ah、bh、ae、be。
上式为基于改进的Steinmetz公式计算的开路损耗和短路损耗。ahf、bhf代表磁滞
损耗、aef2、bef2代表涡流损耗。
[0256]电机在任一工作点的铁损按改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型
[0257][0258]
[0255]
获取；
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其中，开路状态的损耗公式用于确定g1(U)，短路状态的损耗公式用于确定
[0260]
[0261][0262]
式中，ah为开路等效磁滞损耗系数，bh为短路等效磁滞损耗系数，ae为开路等效涡
流损耗系数，be为短路等效涡流损耗系数；[0263]ψid＝0时的电机直轴磁链ψψψm为空载磁链，d，m＝d(0,iq)；
为d轴电枢反应压降，
[0264]
[0265][0266][0267]
ψψm和d(id,iq)根据非线性负载磁链模型获取。上式中，电压幅值U可以通过负载磁链计算得到，
为d轴电枢反应压降，可以通过d轴负载磁链和考虑交叉耦合影响的d轴空载磁
链计算得到，
[0268]
其中ψiq＝负载交轴电流时的d轴磁链，即考虑交叉耦合影响的d轴空载m是id＝0，
磁链。
根据全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法得到的电流轨迹，利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型，不再需要有限元仿真，快速、准确的计算相应工况下的电机铁损。
[0270]本发明损耗只计算铜损和铁损，忽略永磁体损耗，将种个工作点的电机效率计算出来后形成使用该效率MAP图快速计算方法得到的电机全速域效率最优控制时的效率MAP图，如附图2所示。
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图3
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