本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有較強(qiáng)魯棒性的定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法。

背景技術(shù)：

定子永磁型記憶電機(jī)在調(diào)磁過程中,調(diào)磁脈沖作用時(shí)間較短，其在調(diào)磁繞組產(chǎn)生的調(diào)磁損耗可忽略不計(jì),與普通的永磁同步電機(jī)類似,其損耗主要包括定子銅耗、定子鐵耗及雜散損耗等部分。為了提高定子永磁型記憶電機(jī)的運(yùn)行效率，有必要研究合理的控制策略減小系統(tǒng)損耗。然而,目前對該類型電機(jī)的研究主要集中在新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新原理等方面,對其進(jìn)行效率優(yōu)化和寬調(diào)速閉環(huán)控制方法未見研究報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法。

技術(shù)方案：一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬調(diào)速控制方法，包括以下步驟：

1)利用位置傳感器采集電機(jī)位置信號(hào)，并送入控制器進(jìn)行信號(hào)處理，得到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和轉(zhuǎn)子位置角θ，然后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和給定轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到的信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩給定

2)采集電機(jī)主電路相電流i_a和i_b及調(diào)磁脈沖i_f，其中相電流經(jīng)Clark和Park變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流i_d和交軸電流i_q；

3)根據(jù)額定電樞電流i_s、逆變器直流母線電壓U_dc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時(shí)電機(jī)永磁磁鏈ψ_pm(i_f)_max計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速ω_eN，當(dāng)電機(jī)給定轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于低速區(qū)域；當(dāng)大于ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于高速區(qū)域；

4)當(dāng)電機(jī)工作于低速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，p為電機(jī)極對數(shù)，ψ_pmc為采用步長自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀測器觀測的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈，為充磁曲線，為去磁曲線；

5)當(dāng)電機(jī)工作于高速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，ψ_pm1為通過電壓差法獲得的弱磁磁鏈，ψ_pm2為通過公式法獲得的弱磁磁鏈；

6)將步驟(4)和(5)所得的直軸電流參考和交軸電流參考與步驟(2)所得的直軸電流i_d和交軸電流i_q比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得到直軸電壓u_d和交軸電壓u_q；

7)將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓u_d和交軸電壓u_q經(jīng)Park逆變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，將u_α和u_β及直流母線電壓U_dc輸入到空間矢量脈沖寬度調(diào)制單元，運(yùn)算輸出的六路脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相逆變器的功率管；同時(shí)，將采集的調(diào)磁脈沖i_f與步驟(4)和(5)所得的調(diào)磁脈沖給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅(qū)動(dòng)調(diào)磁變換器功率管的PWM信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述ψ表示磁鏈變量。

進(jìn)一步的，采用步長自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc包括如下步驟：

(1)采用固定步長法，按照以下公式獲得輸入功率和交軸電壓的基值；

其中，ΔP_base為輸入功率基值，Δu_qbase為交軸電壓基值，P(1)為第一次采樣獲得的輸入功率，P(2)為第二次采樣獲得的輸入功率，u_q(1)為第一次采樣獲得的交軸電壓，u_q(2)為第二次采樣獲得的交軸電壓，輸入功率P的計(jì)算公式為P＝u_di_d+u_qi_q；

(2)輸入功率P隨u_q變化的斜率基值為

(3)根據(jù)下式獲得鋁鎳鈷磁鏈搜索步長：

式中，ψ_pmc(n)為第n次搜索的永磁磁鏈，ΔP(n)和Δu_q(n)分別為第(n-1)搜索得到輸入功率和交軸電壓的差值，ψ_{pmc_init}為設(shè)定的初始搜索步長；

(4)通過步驟(3)變步長搜索算法反復(fù)搜索使電機(jī)獲得最大效率所對應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc。

進(jìn)一步的，通過電壓差法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm1的具體步驟為：將直流母線電壓U_dc和相電壓的偏差經(jīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制后得到所述ψ_pm1；

通過公式法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm2的具體步驟為：由直流母線電壓U_dc和給定電機(jī)轉(zhuǎn)速所計(jì)算的永磁磁鏈為

有益效果：本發(fā)明的一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.在低速區(qū)域，以步長自適應(yīng)搜索算法尋找輸入功率在鋁鎳鈷永磁磁鏈變化區(qū)間的極小值來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的效率優(yōu)化控制，不僅避免了采用電機(jī)損耗公式法計(jì)算誤差大的問題，而且將不易通過數(shù)學(xué)建模計(jì)算的逆變器損耗、雜散損耗等包括在效率優(yōu)化控制中，減少了與控制系統(tǒng)實(shí)際損耗的差異，提高了效率優(yōu)化控制的精度；

2.在高速區(qū)域，通過電壓差法和公式法獲得弱磁控制所需弱磁磁鏈的復(fù)合弱磁方法可使定子永磁型記憶電機(jī)在寬速范圍內(nèi)具有較高的穩(wěn)定裕度以及較快的動(dòng)態(tài)性能。

附圖說明

圖1為定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制電流分配方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制方法，該方法具體包括以下步驟：

1)利用位置傳感器采集電機(jī)位置信號(hào)，并送入控制器進(jìn)行信號(hào)處理，可得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和轉(zhuǎn)子位置角θ，然后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和給定轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到的信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩給定

2)采集電機(jī)主電路相電流i_a和i_b及調(diào)磁脈沖i_f，其中相電流經(jīng)Clark和Park變換可得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流i_d和交軸電流i_q。

3)根據(jù)額定電樞電流i_s、逆變器直流母線電壓U_dc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時(shí)電機(jī)永磁磁鏈ψ_pm(i_f)_max計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速ω_eN：當(dāng)電機(jī)給定轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于低速區(qū)域；當(dāng)大于ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于高速區(qū)域。

4)當(dāng)電機(jī)工作于低速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，p為電機(jī)極對數(shù)，ψ_pmc為采用步長自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀測器觀測的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈，為充磁曲線，為去磁曲線。

采用步長自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc包括如下步驟：

(1)采用固定步長法，按照以下公式獲得輸入功率和交軸電壓的基值；

其中，ΔP_base為輸入功率基值，Δu_qbase為交軸電壓基值，P(1)為第一次采樣獲得的輸入功率，P(2)為第二次采樣獲得的輸入功率，u_q(1)為第一次采樣獲得的交軸電壓，u_q(2)為第二次采樣獲得的交軸電壓，輸入功率P的計(jì)算公式為P＝u_di_d+u_qi_q；

(2)輸入功率P隨u_q變化的斜率基值為

(3)根據(jù)下式獲得鋁鎳鈷磁鏈搜索步長：

式中，ψ_pmc(n)為第n次搜索的永磁磁鏈，ΔP(n)和Δu_q(n)分別為第(n-1)搜索得到輸入功率和交軸電壓的差值，ψ_{pmc_init}為設(shè)定的初始搜索步長；

(4)通過步驟(3)變步長搜索算法反復(fù)搜索使電機(jī)獲得最大效率所對應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc。

將ψ_pmc代入F₁(·)或F₂(·)得到：

5)當(dāng)電機(jī)工作于高速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，ψ_pm1為通過電壓差法獲得的弱磁磁鏈，ψ_pm2為通過公式法獲得的弱磁磁鏈。通過電壓差法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm1的具體步驟為：將直流母線電壓U_dc和相電壓的偏差經(jīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制后得到ψ_pm1。通過公式法獲得弱磁磁鏈ψ_pm2的具體步驟為：由直流母線電壓U_dc和給定電機(jī)轉(zhuǎn)速所計(jì)算的永磁磁鏈為

將ψ_pm1與ψ_pm2的和作為弱磁控制的目標(biāo)鋁鎳鈷磁鏈，代入F₁(·)或F₂(·)得到：

6)將步驟(4)和(5)所得的直軸電流參考和交軸電流參考與步驟(2)所得的直軸電流i_d和交軸電流i_q比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得到直軸電壓u_d和交軸電壓u_q。

7)將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓u_d和交軸電壓u_q經(jīng)Park逆變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，將u_α和u_β及直流母線電壓U_dc輸入到空間矢量脈沖寬度調(diào)制單元(SVPWM)，運(yùn)算輸出的六路脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相逆變器的功率管。同時(shí)，將采集的調(diào)磁脈沖i_f與步驟(4)和(5)所得的調(diào)磁脈沖給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅(qū)動(dòng)調(diào)磁變換器功率管的PWM信號(hào)。

圖2為定子永磁型記憶電機(jī)在低速區(qū)域和高速區(qū)域的電流分配方式示意圖。通過區(qū)域判斷模塊判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速所在區(qū)域，并按照分區(qū)控制策略在不同區(qū)域采取不同的電流分配方式。

若電機(jī)位于低速區(qū)域，比較按照變步長搜索算法獲得使電機(jī)輸入功率最小的永磁磁鏈ψ_pmc與磁鏈觀測器觀測的磁鏈ψ_pm(i_f)的大小來確定對鋁鎳鈷磁化狀態(tài)的調(diào)磁方式，然后按照充磁曲線或去磁曲線確定所需方向和幅值的調(diào)磁脈沖參考依據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩給定電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_e和按照變步長搜索算法使電機(jī)獲得最大效率所對應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc，可得到交軸電流參考

若電機(jī)位于高速區(qū)域，通過比較由電壓差法和公式法所得到的目標(biāo)鋁鎳鈷磁鏈與磁鏈觀測器觀測的磁鏈的大小來確定對鋁鎳鈷磁化狀態(tài)的調(diào)磁方式，然后按照磁鏈-調(diào)磁脈沖曲線確定所需方向和幅值的調(diào)磁脈沖參考依據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩給定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ω_eN、給定電機(jī)轉(zhuǎn)速鋁鎳鈷飽和充磁后的磁鏈ψ_pm(i_f)_max、直流母線電壓U_dc、直軸電壓分量u_d及交軸電壓分量u_q可得到交軸電流參考

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。