CN109067277B - 基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法 - Google Patents

基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法，检测电机当前转速和负载力矩，获取当前转速下的输出力矩、电流极限值、d轴电感分量和q轴电感分量，定义弱磁指标J，给出基于转速、输出力矩、负载力矩的最优弱磁控制指标，计算d轴电流分量在不同取值下的J值，选取J值的最大值maxJ，将此值所对应的d轴电流分量和q轴电流分量作为当前转速下的控制输出。本发明针对战术导弹无需重复利用、快速机动、工况复杂、同种工况续航时间不长的特点，充分利用弹用电动舵机在功率富余条件下弱磁升速能力，设计直轴电流的最优分配策略及数值计算方案，从而提高弹用电动舵系统的弱磁性能。

Description

基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法
技术领域
本发明属于电动舵机伺服控制技术领域，特别是用于提升弱磁算法在电动舵机控制中的安全性。
背景技术
目前弱磁控制多用于电动汽车等电动驱动装置的调速控制，性能要求主要关注与拓展电机调速范围使其全速运行。而电动舵机作为导弹的核心伺服机构，将影响全弹的安全飞行状态。对于弹用电动舵机而言，位置伺服系统的的最终关注点在于快速的跟踪位置目标，因此在调速需求的前提下，更加注重“位置的快速到达”，因此对转速的快速提升有要求而不仅限于最高转速的能力，即对加速度有一定的需求。同时，由于运用场合的特殊性，在运用弱磁算法满功率运行时必然会对舵机自身性能提出更高的要求，进而影响全弹的安全性设计。因此，需要在考虑全弹安全飞行的情况下，设计一种融合速度与加速度(转矩)的最优控制目标。传统的弱磁控制方案是在牺牲力矩的前提下以换取最大的输出转速，而本方法则是要在，转速、输出力矩、负载力矩中寻找一种最优的平衡点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高弹用电动舵系统弱磁升速性能，研究永磁同步电机作为弹用舵机系统伺服控制机构驱动单元时的弱磁工作模式，给出基于转速、输出力矩、负载力矩的最优弱磁控制指标，以保证全弹的安全性设计。
本发明的技术方案是：
一种基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法，即通过分析转速与力矩的关系，选择进入弱磁控制模式的时机与控制策略。
所述基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法包括：判断导弹飞行工况是否进入弱磁控制模式，若是，采用最优控制策略，若否，则采用最大转矩电流比控制进行控制；
所述最优控制策略为：检测电机当前转速ω和负载力矩TL，获取当前转速下的输出力矩Te、电流极限值Is、d轴电感分量Ld和q轴电感分量Lq，定义弱磁指标J，则最优弱磁指标
Figure RE-GDA0001839518450000021
其中iq 2+id 2＝Is 2；Umax为电压极限值；Is为电流极限值；ω为转子速度；id为定子d轴电流分量；iq为q轴电流分量，ψf为转子永磁体磁链；Te为电磁转矩；TL为负载力矩；np为极对数；计算id在
Figure RE-GDA0001839518450000022
内不同取值时的J值，取其中最大值maxJ，控制电机输出当前转速下maxJ所对应的id值和iq值。
采用二分迭代的方法计算J在
Figure RE-GDA0001839518450000023
内的最大值。
本发明的有益效果：
本发明针对战术导弹无需重复利用、快速机动、工况复杂、同种工况续航时间不长的特点，充分利用弹用电动舵机在功率富余条件下弱磁升速能力，设计直轴电流的最优分配策略及数值计算方案，从而提高弹用电动舵系统的弱磁性能。
充分考虑了弹上能源与快速输出的需求。
挖掘了弹用电动舵系统的输出转矩与弱磁升速能力，同时将电机工作区域控制在安全范围之内。
提升了弹用电动舵机系统的动态响应速度。
附图说明：
图1为最优弱磁控制流程图。
图2为示例曲线。
具体实施方式
实施例：本方法基本原理如下：定义弱磁指标J，最优弱磁指标为maxJ
Figure RE-GDA0001839518450000031
令maxJ＝f(id)＝g(id)·h(id)，并且iq 2+id 2＝Is 2；
Figure RE-GDA0001839518450000032
Figure RE-GDA0001839518450000033
由于g(id)在
Figure RE-GDA0001839518450000034
上单调递减，h(id)在
Figure RE-GDA0001839518450000035
上单调递增，因此f(id)在
Figure RE-GDA0001839518450000036
上存在局部最优解。Umax为电压极限值；Is为电流极限值；ω为转子速度；id为定子d轴电流分量；iq为q轴电流分量，ψf为转子永磁体磁链；Te为电磁转矩；TL为负载力矩；np为极对数。
具体实现步骤：首先检测电机当前转速ω和负载力矩TL，获取当前转速下的输出力矩Te、电流极限值Is、d轴电感分量Ld和q轴电感分量Lq。根据弱磁参数计算得到id极限取值限定id取值范围，根据弹上芯片的解算能力设计迭代次数N
为了便于数字驱动组合的数值解算，J＝f(id)在区间
Figure RE-GDA0001839518450000041
上的局部最大值采用数值解法获得，通过二分迭代，计算得到一定精度下的最优解。参考图2， f(id)在不断二分迭代的过程中存在无拐点和有拐点的两种情况(其中无拐点情况最优解存在于端点处)。根据弹上芯片的解算能力设计迭代次数N，通过N次重新划分区间，得到所需弱磁最优解id、iq，控制电机在当前转速下输出此id、iq。

Claims (2)

1.一种基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法，其特征在于：判断导弹飞行工况是否进入弱磁控制模式，若是，采用最优控制策略，若否，则采用最大转矩电流比控制进行控制；
所述最优控制策略为：检测电机当前转速ω和负载力矩TL，获取当前转速下的输出力矩Te、电流极限值Is、d轴电感分量Ld和q轴电感分量Lq，定义弱磁指标J，则最优弱磁指标
Figure FDA0001767775550000011
其中iq 2+id 2＝Is 2；Umax为电压极限值；Is为电流极限值；ω为转子速度；id为定子d轴电流分量；iq为q轴电流分量，ψf为转子永磁体磁链；Te为电磁转矩；TL为负载力矩；np为极对数；计算id在
Figure FDA0001767775550000012
内不同取值时的J值，取其中最大值maxJ，控制电机输出当前转速下maxJ所对应的id值和iq值。
2.根据权利要求1所述基于弹动电动舵系统安全的最优弱磁控制方法，其特征在于：采用二分迭代的方法计算J在
Figure FDA0001767775550000013
内的最大值。
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