CN106992729B - 一种定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，包括以下步骤：S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k‑1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j‑1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根据直流母线电压Udc、额定相电流In、第j种磁化状态时的交轴电感Lq(j)和永磁磁链ψpm(ifj)计算转速ωej,然后将所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k‑1))、ψpm(ifk)及对应的转速ωe0、ωe1……ωe(k‑1)、ωek存储于速度‑永磁磁链表中；其中，if为调磁脉冲；S2：当给定转速满足通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(if)和转速ωej所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断永磁的调磁过程。本发明提高了电机的调速范围，降低了电机参数对永磁磁链计算精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电气传动技术领域，特别是涉及一种定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法。
背景技术
转子永磁型记忆电机采用电枢绕组进行调磁和驱动控制，节省了空间和材料。但驱动和调磁控制的不解耦问题增加了矢量控制的难度。同时，铝镍钴永磁和电枢绕组位置的动态变化可能影响永磁的调磁效果。为了克服转子永磁型记忆电机的不足，国内外研究者提出了定子永磁型记忆电机拓扑结构。该电机存在调磁和电枢两套绕组，可分别进行调磁和驱动控制，这降低了矢量驱动控制的难度。另外，由于铝镍钴永磁始终位于调磁绕组的轴线位置，无需定位即可对铝镍钴永磁进行动静态调磁。为了实现定子永磁型记忆电机的宽速运行，需通过比较观测的实际的永磁磁链和给定转速所对应的永磁磁链来判断铝镍钴永磁的调磁过程。因而对观测的实际的永磁磁链和给定转速所对应的永磁磁链的精度要求较高。目前获得给定转速所对应永磁磁链的方法主要包括1/w法和电压偏差法。前者受到电机参数的影响较大，所计算的永磁磁链精度较低。后者在较小的永磁磁链范围内只能获得永磁磁链的最大值和最小值，因而在全速域内无法实现永磁磁链的优化控制。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效降低电机参数对永磁磁链计算精度的影响，能够实现永磁磁链的优化控制的定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，包括以下步骤：
S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根据直流母线电压Udc、额定相电流In、第j种磁化状态时的交轴电感Lq(j)和永磁磁链ψpm(ifj)计算转速ωej,然后将所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及对应的转速ωe0、ωe1……ωe(k-1)、ωek存储于速度-永磁磁链表中；其中，if为调磁脉冲；
S2：当给定转速满足通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(if)和转速ωej所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断永磁的调磁过程。
进一步，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S2.11：如果ψpmo(if)小于ψpm(ifj)，则施加正向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，并根据速度调节器输出的电磁转矩Te计算交轴电流给定值此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(1)中，F1(ψpm(ifj))如式(2)所示：
S2.12：如果ψpmo(if)等于ψpm(ifj)，则不施加调磁脉冲；此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
S2.13：如果ψpmo(if)大于ψpm(ifj)，则施加反向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(4)中，F2(ψpm(ifj))如式(5)所示：
进一步，所述步骤S2中，永磁磁链观测器观测永磁磁链ψpmo(if)的过程如下：
S2.21：在不施加调磁脉冲时，定子永磁型记忆电机的电压方程为：
Di＝Ai+Bu+C (6)
式(6)中，i＝[id iq]，id为电机的直轴电流，iq为交轴电流；u＝[ud uq]，ud为电机的直轴电压，uq为交轴电压； 其中Rs为电机饱和充磁时的定子相电阻，Ld为电机饱和充磁时的直轴电感，Lq为电机饱和充磁时的交轴电感，ωe为电角速度，D为微分算子；
S2.22：根据步骤S2.21构造永磁磁链观测器模型为：
式(7)中，为状态电流观测值，为直轴电流观测值，为交轴电流观测值； 为反馈增益矩阵；其中为电机的定子相电阻的实际值，为电机饱和充磁时的直轴电感的实际值，为电机饱和充磁时的交轴电感的实际值，为永磁磁链的实际值，h1和h2为反馈增益矩阵中待设计的元素；
S2.23：定义由式(7)减去式(6)，得到磁链观测器状态变量的偏差方程为：
式(8)中，为状态变量偏差；
S2.24：根据波波夫超稳定性理论，式(9)所描述系统满足稳定的条件为：
S2.25：利用波波夫积分不等式求解的永磁磁链自适应律为：
式(10)中，kp为比例系数，ki为积分系数；
根据步骤S2.23中的算式可得Δψpm(if)和ΔLq的函数关系为：
S2.26：为了减小交轴电感对混合永磁磁链的影响，在满足系统稳定的情况下，反馈增益矩阵h1，h2设定为：
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)依据速度对磁链进行分段控制，可避免对永磁的反复调磁，并且易于实现。
2)将永磁磁链与转速的关系预先存储在一个二维表中，通过查表的方式获得给定转速所对应的永磁磁链值，提高了电机的调速范围，降低了电机参数对永磁磁链计算精度的影响。
3)永磁磁链分段控制在一定程度上优化了永磁磁链的控制，可降低系统的铜耗，提高系统的效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中定子永磁型记忆电机的永磁磁链分段控制方法的框图；
图2为本发明具体实施方式中自适应永磁磁链观测器的控制框图；
图3为本发明具体实施方式中定子永磁型记忆电机的转速仿真波形；
图4为本发明具体实施方式中定子永磁型记忆电机的调磁脉冲仿真波形；
图5为本发明具体实施方式中定子永磁型记忆电机观测的永磁磁链仿真波形。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根据直流母线电压Udc、额定相电流In、第j种磁化状态时的交轴电感Lq(j)和永磁磁链ψpm(ifj)计算转速ωej,然后将所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及对应的转速ωe0、ωe1……ωe(k-1)、ωek存储于速度-永磁磁链表中；其中，if为调磁脉冲。
S2：利用编码器器采集电机位置信号，并送入控制器进行信号处理，可得电机的实际转速ωe和转子位置角θ，然后将电机的实际转速ωe和给定转速比较后得到转速偏差信号，该转速偏差信号经速度调节器得到的信号作为转矩给定Te。采集电机主电路相电流ia和ib及调磁脉冲if，其中相电流经abc/dq变换可得两相旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq。当给定转速满足通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(if)和转速ωej所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断永磁的调磁过程。
步骤S2具体包括以下步骤：
S2.11：如果ψpmo(if)小于ψpm(ifj)，则施加正向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，并根据速度调节器输出的电磁转矩Te计算交轴电流给定值此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(1)中，F1(ψpm(ifj))如式(2)所示：
S2.12：如果ψpmo(if)等于ψpm(ifj)，则不施加调磁脉冲；此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
S2.13：如果ψpmo(if)大于ψpm(ifj)，则施加反向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(4)中，F2(ψpm(ifj))如式(5)所示：
步骤S2中，永磁磁链观测器控制框图如图2所示，观测永磁磁链ψpmo(if)的过程如下：
S2.21：在不施加调磁脉冲时，定子永磁型记忆电机的电压方程为：
Di＝Ai+Bu+C (6)
式(6)中，i＝[id iq]，id为电机的直轴电流，iq为交轴电流；u＝[ud uq]，ud为电机的直轴电压，uq为交轴电压； 其中Rs为电机饱和充磁时的定子相电阻，Ld为电机饱和充磁时的直轴电感，Lq为电机饱和充磁时的交轴电感，ωe为电角速度，D为微分算子；
S2.22：根据步骤S2.21构造永磁磁链观测器模型为：
式(7)中，为状态电流观测值，为直轴电流观测值，为交轴电流观测值； 为反馈增益矩阵；其中为电机的定子相电阻的实际值，为电机饱和充磁时的直轴电感的实际值，为电机饱和充磁时的交轴电感的实际值，为永磁磁链的实际值，h1和h2为反馈增益矩阵中待设计的元素；
S2.23：定义由式(7)减去式(6)，得到磁链观测器状态变量的偏差方程为：
式(8)中，为状态变量偏差；
S2.24：根据波波夫超稳定性理论，式(9)所描述系统满足稳定的条件为：
S2.25：利用波波夫积分不等式求解的永磁磁链自适应律为：
式(10)中，kp为比例系数，ki为积分系数；
根据步骤S2.23中的算式可得Δψpm(if)和ΔLq的函数关系为：
S2.26：为了减小交轴电感对混合永磁磁链的影响，在满足系统稳定的情况下，反馈增益矩阵h1，h2设定为：
S3：将步骤S2所得的直轴电流给定值和交轴电流给定值与直轴电流id和交轴电流iq比较后经电流调节器得到直轴电压ud和交轴电压uq。
S4：将两相旋转坐标系下的直轴电压ud和交轴电压uq经dq/αβ变换得到两相静止坐标系下α轴电压uα和β轴电压uβ，将uα和uβ及直流母线电压Udc输入到空间矢量脉冲宽度调制单元(SVPWM)，运算输出的六路脉冲调制信号驱动三相逆变器的功率管。同时，将采集的调磁脉冲if与步骤S2所得的调磁脉冲给定值一起送入PWM生成模块生成能够驱动调磁变换器功率管的PWM信号。
当定子永磁型记忆电机初始永磁磁链设置为0.1025Wb，负载转矩给定为4N·m，0.3s后突变为1.5N·m时，图3、图4和图5分别给出了电机的转速、调磁脉冲和观测的永磁磁链的仿真波形。在此过程中，电机的转速给定为750r/min，0.3s后给定为1100r/min，0.6s后给定为900r/min。由图3、图4和图5可知，在0.3s时，电机转速进入[950r/min,1150r/min]，若使电机转速达到1100r/min，需施加了幅值为52(A)的反向调磁脉冲使电机永磁磁链减小到1150r/min所对应得永磁磁链。在0.6s时，电机转速进入[750r/min,950r/min]，若使电机转速为900r/min，需施加了幅值为13(A)的正向调磁脉冲使电机永磁磁链上升到950r/min所对应得永磁磁链。以上说明了定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制算法提高了直流母线电压的利用率，拓宽了电机的调速范围。
Claims (3)
1.一种定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根据直流母线电压Udc、额定相电流In、第j种磁化状态时的交轴电感Lq(j)和永磁磁链ψpm(ifj)计算转速ωej,然后将所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及对应的转速ωe0、ωe1……ωe(k-1)、ωek存储于速度-永磁磁链表中；其中，if为调磁脉冲；
S2：当给定转速满足通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(ifj)和转速ωej所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断永磁的调磁过程。
2.根据权利要求1所述的定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：
S2.11：如果ψpmo(ifj)小于ψpm(ifj)，则施加正向调磁脉冲使ψpmo(ifj)达到ψpm(ifj)，并根据速度调节器输出的电磁转矩Te计算交轴电流给定值此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(1)中，F1(ψpm(ifj))如式(2)所示：
S2.12：如果ψpmo(ifj)等于ψpm(ifj)，则不施加调磁脉冲；此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
S2.13：如果ψpmo(ifj)大于ψpm(ifj)，则施加反向调磁脉冲使ψpmo(ifj)达到ψpm(ifj)，此时，直轴电流给定值交轴电流给定值和调磁脉冲给定值的分配策略为：
式(4)中，p为电机极对数，F2(ψpm(ifj))如式(5)所示：
3.根据权利要求1所述的定子永磁型记忆电机永磁磁链分段控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，永磁磁链观测器观测永磁磁链ψpmo(ifj)的过程如下：
S2.21：在不施加调磁脉冲时，定子永磁型记忆电机的电压方程为：
Di＝Ai+Bu+C (6)
式(6)中，i＝[id iq]，id为电机的直轴电流，iq为交轴电流；u＝[ud uq]，ud为电机的直轴电压，uq为交轴电压； 其中Rs为电机饱和充磁时的定子相电阻，Ld为电机饱和充磁时的直轴电感，Lq为电机饱和充磁时的交轴电感，ωe为电角速度，D为微分算子；
S2.22：根据步骤S2.21构造永磁磁链观测器模型为：
式(7)中，为状态电流观测值，为直轴电流观测值，为交轴电流观测值； 为反馈增益矩阵；其中为电机的定子相电阻的实际值，为电机饱和充磁时的直轴电感的实际值，为电机饱和充磁时的交轴电感的实际值，为永磁磁链的实际值，h1和h2为反馈增益矩阵中待设计的元素；
S2.23：定义由式(7)减去式(6)，得到磁链观测器状态变量的偏差方程为：
式(8)中，为状态变量偏差；
S2.24：根据波波夫超稳定性理论，式(9)所描述系统满足稳定的条件为：
S2.25：利用波波夫积分不等式求解的永磁磁链自适应律为：
式(10)中，kp为比例系数，ki为积分系数；
根据步骤S2.23中的算式可得Δψpm(if)和ΔLq的函数关系为：
S2.26：为了减小交轴电感对混合永磁磁链的影响，在满足系统稳定的情况下，反馈增益矩阵h1，h2设定为：
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| GR01 | Patent grant | ||
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