CN110098772B - 基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统 - Google Patents

基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统 Download PDF

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CN110098772B CN201910343607.2A CN201910343607A CN110098772B CN 110098772 B CN110098772 B CN 110098772B CN 201910343607 A CN201910343607 A CN 201910343607A CN 110098772 B CN110098772 B CN 110098772B
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Abstract

本发明公开了一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统，其中方法包括：步骤一：在直流调磁型记忆电机正常运行时，采集调磁绕组感应电压uf，通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef；步骤二：根据调磁绕组感应电势ef，通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure DDA0002041528060000011
和电角速度观测值
Figure DDA0002041528060000012
并根据电角度观测值
Figure DDA0002041528060000015
和电角速度观测值
Figure DDA0002041528060000013
对直流调磁型记忆电机进行矢量控制，实现调磁绕组的位置观测功能；步骤三：在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure DDA0002041528060000014
产生驱动信号，驱动调磁绕组产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。本发明可以提高调磁绕组的使用效率。

Description

基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术，尤其涉及一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机控制方法及系统。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)具有高转矩密度和高效率的优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、高速机床及飞轮储能等应用领域。然而，使用稀土永磁体也导致了电机的气隙磁密难以调节，因而限制了电机的恒功率调速性能。可变磁通记忆电机(Variable Flux Memory Machine，VFMM)是一种通过改变永磁体磁化水平来实现拓宽调速范围的永磁电机，该类电机通过电枢绕组或者附加的调磁绕组施加瞬时的调磁电流脉冲来改变低矫顽力永磁体的磁化状态，克服了传统气隙磁场无法调节的问题。
直流调磁型记忆电机通过附加的直流调磁绕组施加调磁电流产生磁动势，从而改变低矫顽力永磁体的磁化状态，具有调磁简单、准确的优点。由于直流调磁型记忆电机的调磁绕组仅仅在需要调磁操作时发挥作用，而在绝大多数的运行时间里处于冗余状态，使得整个调磁控制系统使用效率较低。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中调磁绕组使用效率较低的问题，提供一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统，将调磁绕组同时用于调磁功能和位置观测功能，实现无位置传感器控制。
技术方案：本发明所述的基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法包括以下步骤：
步骤一：在直流调磁型记忆电机正常运行时，采集调磁绕组感应电压uf，通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef；
步骤二：根据调磁绕组感应电势ef，通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000011
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000012
并根据电角度观测值
Figure GDA0002542818170000013
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000014
对直流调磁型记忆电机进行矢量控制，实现调磁绕组的位置观测功能；
步骤三：在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000021
产生驱动信号，驱动调磁功率变换器在调磁绕组中产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
进一步的，步骤一中所述通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef的具体方法为：
S1.1、将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure GDA0002542818170000022
相减后除以调磁绕组电阻Rf；
S1.2、将步骤S1.1的计算结果输入低通滤波器，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000023
S1.3、将调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000024
与实际值if比较，并将得到的误差输入比例-积分调节器，得到调磁绕组感应电势ef。
进一步的，步骤二中所述通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000025
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000026
的具体方法为：
S2.1、将调磁绕组感应电势ef输入正交信号发生器，得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
S2.2、将步骤S2.1的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure GDA0002542818170000027
计算误差；式中
Figure GDA0002542818170000028
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
S2.3、将步骤S2.2所得误差输入比例-积分调节器，得到电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000029
S2.4、将电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000210
通过积分，得到调磁绕组相角观测值
Figure GDA00025428181700000211
并反馈参与下一周期计算；
S2.5、将调磁绕组相角观测值
Figure GDA00025428181700000212
减去调磁绕组相位差
Figure GDA00025428181700000213
得到电角度观测值
Figure GDA00025428181700000214
进一步的，所述步骤S2.5中的调磁绕组相位差
Figure GDA00025428181700000215
为调磁绕组感应电势与电枢绕组反电势的电角度相位差，具体通过仿真分析或离线实验测得。
进一步的，步骤三中所述采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000216
产生驱动信号的具体方法为：
S3.1、将电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000031
输入到磁化状态选择单元，获得磁化状态给定值
Figure GDA0002542818170000032
S3.2、根据磁化状态给定值
Figure GDA0002542818170000033
在调磁电流选择单元中获得调磁电流给定值
Figure GDA0002542818170000034
S3.3、采集调磁绕组电流if并与给定值
Figure GDA0002542818170000035
比较，将误差输入比例--积分调节器；
S3.4、将步骤S3.3得到的输出信号经过脉宽调制的方式产生驱动信号Sf。
本发明还提供了一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制系统，包括：
电动势观测器，用于在直流调磁型记忆电机正常运行时，根据采集的调磁绕组感应电压uf提取调磁绕组感应电势ef；
位置/速度观测器，用于根据调磁绕组感应电势计算得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000036
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000037
进而在矢量控制时根据电角度观测值
Figure GDA0002542818170000038
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000039
对直流调磁型记忆电机进行控制，实现调磁绕组的位置观测功能；
磁化状态控制器，用于在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000310
产生调磁功率变换器驱动信号；
调磁功率变换器，用于根据磁化状态控制器产生的驱动信号在调磁绕组中产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
进一步的，所述电动势观测器具体包括：
加法器，用于将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure GDA00025428181700000311
相减；
除法器，用于将加法器的结果除以调磁绕组电阻Rf；
低通滤波器，用于对除法器输出信号进行过滤，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure GDA00025428181700000312
比例-积分调节器，用于将调磁绕组电流观测值
Figure GDA00025428181700000313
与实际值if比较，并将得到的误差进行比例-积分调节，得到调磁绕组感应电势ef；
延时器，用于将比例-积分调节器输出的调磁绕组感应电势ef延时后输入到加法器。
进一步的，所述位置/速度观测器具体包括：
正交信号发生器，用于根据调磁绕组感应电势ef计算得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
误差计算器，用于将正交信号发生器的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure GDA0002542818170000041
计算误差；式中
Figure GDA0002542818170000042
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
比例-积分调节器，用于将误差计算器所得误差进行比例-积分调节，得到电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000043
积分器，用于将电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000044
通过积分得到调磁绕组相角观测值
Figure GDA0002542818170000045
并反馈参与下一周期计算；
加法器，用于将调磁绕组相角观测值
Figure GDA0002542818170000046
减去调磁绕组相位差
Figure GDA0002542818170000047
得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000048
进一步的，所述调磁绕组相位差
Figure GDA0002542818170000049
为调磁绕组感应电势与电枢绕组反电势的电角度相位差，具体通过仿真分析或离线实验测得。
进一步的，所述磁化状态控制器具体包括：
磁化状态选择单元，用于根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000410
获得磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700000411
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700000412
获得调磁电流给定值
Figure GDA00025428181700000413
加法器，用于获取采集的调磁绕组电流if与给定值
Figure GDA00025428181700000414
的误差；
比例--积分调节器，用于将加法器输出结果进行比例--积分调节；
脉宽调制(PWM)器，用于将比例--积分调节器的输出信号经过脉宽调制的方式产生驱动信号Sf。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
1、基于功能切换的原理，将调磁绕组同时用于调磁功能和位置观测功能，提高了调磁绕组的使用效率。
2、相比于传统的记忆电机驱动系统，本发明方法无需位置传感器，有利于降低系统成本，提高系统的可靠性。
3、相比于现有的无位置传感器控制方法，本发明方法无需干扰信号注入，有利于记忆电机调速的稳定性。
4、本发明所述的位置观测方法所使用的调磁绕组在电机正常运行期间处于开路状态，不易受到干扰和噪声的影响，有利于提高位置观测的准确性。
附图说明
图1为本发明的控制原理图；其中直流调磁型记忆电机为控制对象，电枢绕组和调磁绕组均为电机内部绕组；
图2为本发明步骤一的具体方法流程图；其中LPF为低通滤波器，PI为比例-积分调节器；
图3为本发明步骤二的具体方法流程图；
图4为本发明步骤三中磁化状态控制器的具体方法流程图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法，控制原理如图1所示，直流调磁型记忆电机为控制对象，包含电枢绕组和调磁绕组；其中三相逆变器采用空间矢量调制技术(SVPWM)驱动，其输出电枢绕组的电流经过采样和AD转换等环节作为电流反馈量，电流内环采用PI调节器用以调节给定电压的大小，速度外环采用PI调节器产生给定电流的大小，速度反馈由调磁绕组的位置观测功能获得；根据功能切换的原理，调磁绕组同时用于调磁功能和位置观测功能，在电机运行过程中采集调磁绕组电压，通过本发明提出的电动势观测器获得调磁绕组感应电势，再利用本发明提出的位置/速度观测器得到电角度和电角速度的观测值，用于电机的闭环控制，同时，该速度值被输入磁化状态控制器，用于判断是否有调磁需求，在需要调磁时产生开关信号，驱动调磁功率变换器产生调磁电流调节磁化状态，从而实现调磁绕组的功能切换。具体包括以下步骤：
步骤一：在直流调磁型记忆电机正常运行时，采集调磁绕组感应电压uf，通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef。
其中，直流调磁型记忆电机指利用附加调磁绕组来调节永磁体磁化状态的一类记忆电机，调磁绕组安装于直流调磁型记忆电机内部；调磁绕组的电压方程为
Figure GDA0002542818170000051
其中uf、if、id和ef分别为调磁绕组感应电压、调磁绕组电流、d轴电流和调磁绕组感应电势，Rf、Lf和Msf分别为调磁绕组电阻、调磁绕组自感和调磁绕组对定子的互感；
由于记忆电机矢量控制中采用id＝0控制策略，所以，公式(1)等号右边第三项可忽略并改写为
Figure GDA0002542818170000061
其中τ为时间常数，t为时间，式中瞬态项可利用低通滤波器(LPF)将其滤除；根据公式(2)计算得到的观测值
Figure GDA0002542818170000062
与实际值if误差为0时，由于PI调节器的作用，调磁绕组感应电势观测值
Figure GDA0002542818170000063
也会跟随其实际值，由此实现闭环结构的电动势观测器。
因此，可设计如图2所示的电动势观测器。其输入变量为调磁绕组感应电压uf，输出变量为调磁绕组感应电势ef，图中LPF为低通滤波器，PI为比例-积分调节器；图中Rf为调磁绕组电阻，通过离线实验测得；通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef的具体方法为：
S1.1、将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure GDA0002542818170000064
相减后除以调磁绕组电阻Rf；
S1.2、将步骤S1.1的计算结果输入低通滤波器，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000065
S1.3、将调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000066
与实际值if比较，并将得到的误差输入比例-积分调节器，得到调磁绕组感应电势ef。
步骤二：根据调磁绕组感应电势ef，通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000067
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000068
并根据电角度观测值
Figure GDA0002542818170000069
和电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000610
对直流调磁型记忆电机进行矢量控制，实现调磁绕组的位置观测功能。
将调磁绕组感应电势经过正交信号发生器，产生相互正交的两路信号ef_α和ef_β，其表达式为
Figure GDA0002542818170000071
其中Ef和θf为调磁绕组感应电势的幅值和相角，将式(3)中两组正交信号做如下变换
Figure GDA0002542818170000072
其中
Figure GDA0002542818170000073
为调磁绕组感应电势相角的观测值，在误差
Figure GDA0002542818170000074
很小时，根据极限理论，式(4)可做如下等价变换
Figure GDA0002542818170000075
即等价的相角观测误差，基于锁相环的思想，该误差通过比例-积分(PI)调节器即可得到电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000076
即频率信号，再通过积分环节即可得到前述相角观测值
Figure GDA0002542818170000077
该值通过反馈通路参与式(4)和(5)的计算，形成相位反馈环路，达到相角提取的目的。其中，由于调磁绕组与电枢绕组的空间分布影响，感应电势相角观测值
Figure GDA0002542818170000078
与最终所求的电机的电角度
Figure GDA0002542818170000079
存在相位差
Figure GDA00025428181700000710
该值可通过仿真分析或实验测定。
因此，如图3所示，所述通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure GDA00025428181700000711
和电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000712
的具体方法为：
S2.1、将调磁绕组感应电势ef输入正交信号发生器，得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
S2.2、将步骤S2.1的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure GDA00025428181700000713
计算误差；式中
Figure GDA00025428181700000714
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
S2.3、将步骤S2.2所得误差输入比例-积分调节器，得到电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000715
S2.4、将电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000716
通过积分，得到调磁绕组相角观测值
Figure GDA00025428181700000717
并反馈参与下一周期计算；
S2.5、将调磁绕组相角观测值
Figure GDA00025428181700000718
减去调磁绕组相位差
Figure GDA00025428181700000719
得到电角度观测值
Figure GDA00025428181700000720
根据电角度观测值
Figure GDA0002542818170000081
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000082
对直流调磁型记忆电机进行矢量控制如图1所示，速度外环采用比例-积分调节器进行控制，速度反馈
Figure GDA0002542818170000083
由步骤二获得，与给定值比较得到的误差输入比例-积分调节器产生q轴电流给定值
Figure GDA0002542818170000084
同时d轴电流采用
Figure GDA0002542818170000085
控制策略；电流内环在两项旋转坐标系下使用两路比例-积分调节器进行控制，采集记忆电机电枢绕组的定子三相电流，经过采样和A/D转换等环节得到定子三相电流ia、ib和ic，并按照以下公式
Figure GDA0002542818170000086
进行abc-dq坐标变换，其中θ为电角度，由步骤二获得的电角度观测值
Figure GDA0002542818170000087
充当，计算结果id和iq为d-q轴电流作为电流反馈量与给定值
Figure GDA0002542818170000088
和
Figure GDA0002542818170000089
进行比较，所产生的的误差输入两路比例-积分调节器，输出值
Figure GDA00025428181700000810
和
Figure GDA00025428181700000811
为d-q轴电压给定值，按照以下公式
Figure GDA00025428181700000812
进行dq-αβ坐标变换，其中θ为电角度，由步骤二获得的电角度观测值
Figure GDA00025428181700000813
充当，计算结果
Figure GDA00025428181700000814
和
Figure GDA00025428181700000815
为两相静止坐标系电压给定，并经过空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式产生开关信号，控制三相逆变器驱动直流调磁型记忆电机，实现矢量控制。
步骤三：在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000816
产生驱动信号，驱动调磁功率变换器产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
如图4所示，采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000817
产生驱动信号的具体步骤包括：
S3.1、将电角速度观测值
Figure GDA00025428181700000818
输入到磁化状态选择单元，获得磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700000819
S3.2、根据磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700000820
在调磁电流选择单元中获得调磁电流给定值
Figure GDA00025428181700000821
S3.3、采集调磁绕组电流if并与给定值
Figure GDA00025428181700000822
比较，将误差输入比例--积分(PI)调节器；
S3.4、将步骤S3.3得到的输出信号经过脉宽调制(PWM)的方式产生开关信号Sf。
本实施例还提供了一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制系统，包括：
电动势观测器，用于在直流调磁型记忆电机正常运行时，根据采集的调磁绕组感应电压uf提取调磁绕组感应电势ef；
位置/速度观测器，用于根据调磁绕组感应电势计算得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000091
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000092
进而在矢量控制时根据电角度观测值
Figure GDA0002542818170000093
和电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000094
对直流调磁型记忆电机进行控制，实现调磁绕组的位置观测功能；
磁化状态控制器，用于在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，根据电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000095
产生调磁功率变换器驱动信号；
调磁功率变换器，用于根据磁化状态控制器产生的驱动信号在调磁绕组中产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
其中，所述电动势观测器具体包括：
加法器，用于将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure GDA0002542818170000096
相减；
除法器，用于将加法器的结果除以调磁绕组电阻Rf；
低通滤波器，用于对除法器输出信号进行过滤，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000097
比例-积分调节器，用于将调磁绕组电流观测值
Figure GDA0002542818170000098
与实际值if比较，并将得到的误差进行比例-积分调节，得到调磁绕组感应电势ef；
延时器，用于将比例-积分调节器输出的调磁绕组感应电势ef延时后输入到加法器。
其中，所述位置/速度观测器具体包括：
正交信号发生器，用于根据调磁绕组感应电势ef计算得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
误差计算器，用于将正交信号发生器的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure GDA0002542818170000101
计算误差；式中
Figure GDA0002542818170000102
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
比例-积分调节器，用于将误差计算器所得误差进行比例-积分调节，得到电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000103
积分器，用于将电角速度观测值
Figure GDA0002542818170000104
通过积分得到调磁绕组相角观测值
Figure GDA0002542818170000105
并反馈参与下一周期计算；
加法器，用于将调磁绕组相角观测值
Figure GDA0002542818170000106
减去调磁绕组相位差
Figure GDA0002542818170000107
得到电角度观测值
Figure GDA0002542818170000108
所述调磁绕组相位差
Figure GDA0002542818170000109
为调磁绕组感应电势与电枢绕组反电势的电角度相位差，具体通过仿真分析或离线实验测得。
其中，所述磁化状态控制器具体包括：
磁化状态选择单元，用于根据电角速度观测值
Figure GDA00025428181700001010
获得磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700001011
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure GDA00025428181700001012
获得调磁电流给定值
Figure GDA00025428181700001013
加法器，用于获取采集的调磁绕组电流if与给定值
Figure GDA00025428181700001014
的误差；
比例--积分调节器，用于将加法器输出结果进行比例--积分调节；
脉宽调制(PWM)器，用于将比例--积分调节器的输出信号经过脉宽调制的方式产生驱动信号Sf。
本实施例与上述方法一一对应，未详尽之处请参考方法中的描述，这里不再赘述。
在本申请实施例中，应该理解到，所揭露的方法可以通过其它的方式实现。例如，所述模块和单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在直流调磁型记忆电机正常运行时，采集调磁绕组感应电压uf，通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef；
步骤二：根据调磁绕组感应电势ef，通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure FDA0002552353980000011
和电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000012
并根据电角度观测值
Figure FDA0002552353980000013
和电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000014
对直流调磁型记忆电机进行矢量控制，实现调磁绕组的位置观测功能；
步骤三：在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000015
产生驱动信号，驱动调磁功率变换器在调磁绕组中产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤一中所述通过电动势观测器提取调磁绕组感应电势ef的具体方法为：
S1.1、将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure FDA0002552353980000016
相减后除以调磁绕组电阻Rf；
S1.2、将步骤S1.1的计算结果输入低通滤波器，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure FDA0002552353980000017
S1.3、将调磁绕组电流观测值
Figure FDA0002552353980000018
与实际值if比较，并将得到的误差输入比例-积分调节器，得到调磁绕组感应电势ef。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤二中所述通过位置/速度观测器计算得到电角度观测值
Figure FDA0002552353980000019
和电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000110
的具体方法为：
S2.1、将调磁绕组感应电势ef输入正交信号发生器，得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
S2.2、将步骤S2.1的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure FDA00025523539800000111
计算误差；式中
Figure FDA00025523539800000112
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
S2.3、将步骤S2.2所得误差输入比例-积分调节器，得到电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000021
S2.4、将电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000022
通过积分器，得到调磁绕组相角观测值
Figure FDA0002552353980000023
并反馈参与下一周期计算；
S2.5、将调磁绕组相角观测值
Figure FDA0002552353980000024
减去调磁绕组相位差
Figure FDA0002552353980000025
得到电角度观测值
Figure FDA0002552353980000026
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S2.5中的调磁绕组相位差
Figure FDA0002552353980000027
为调磁绕组感应电势与电枢绕组反电势的电角度相位差，具体通过仿真分析或离线实验测得。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤三中所述采用磁化状态控制器根据电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000028
产生驱动信号的具体方法为：
S3.1、将电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000029
输入到磁化状态选择单元，获得磁化状态给定值
Figure FDA00025523539800000210
S3.2、根据磁化状态给定值
Figure FDA00025523539800000211
在调磁电流选择单元中获得调磁电流给定值
Figure FDA00025523539800000212
S3.3、采集调磁绕组电流if并与给定值
Figure FDA00025523539800000213
比较，将误差输入比例--积分调节器；
S3.4、将步骤S3.3得到的输出信号经过脉宽调制的方式产生驱动信号Sf。
6.一种基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制系统，其特征在于包括：
电动势观测器，用于在直流调磁型记忆电机正常运行时，根据采集的调磁绕组感应电压uf提取调磁绕组感应电势ef；
位置/速度观测器，用于根据调磁绕组感应电势计算得到电角度观测值
Figure FDA00025523539800000214
和电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000215
进而在矢量控制时根据电角度观测值
Figure FDA00025523539800000216
和电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000217
对直流调磁型记忆电机进行控制，实现调磁绕组的位置观测功能；
磁化状态控制器，用于在需要调节直流调磁型记忆电机的永磁体磁化状态时，根据电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000218
产生调磁功率变换器驱动信号；
调磁功率变换器，用于根据磁化状态控制器产生的驱动信号在调磁绕组中产生调磁磁动势，进而调节永磁体磁化状态，实现调磁绕组的调磁功能。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述电动势观测器具体包括：
加法器，用于将当前周期的调磁绕组感应电压uf与上一周期计算得到的调磁绕组感应电势观测值
Figure FDA0002552353980000031
相减；
除法器，用于将加法器的结果除以调磁绕组电阻Rf；
低通滤波器，用于对除法器输出信号进行过滤，滤除瞬态项与高次谐波，得到调磁绕组电流观测值
Figure FDA0002552353980000032
比例-积分调节器，用于将调磁绕组电流观测值
Figure FDA0002552353980000033
与实际值if比较，并将得到的误差进行比例-积分调节，得到调磁绕组感应电势ef；
延时器，用于将比例-积分调节器输出的调磁绕组感应电势ef延时后输入到加法器。
8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述位置/速度观测器具体包括：
正交信号发生器，用于根据调磁绕组感应电势ef计算得到静止坐标系上的调磁绕组感应电势ef_α和ef_β；
误差计算器，用于将正交信号发生器的计算结果ef_α和ef_β按照公式
Figure FDA0002552353980000034
计算误差；式中
Figure FDA0002552353980000035
来自于上一周期反馈的调磁绕组相角观测值；
比例-积分调节器，用于将误差计算器所得误差进行比例-积分调节，得到电角速度观测值
Figure FDA0002552353980000036
积分器，用于将电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000316
通过积分得到调磁绕组相角观测值
Figure FDA0002552353980000037
并反馈参与下一周期计算；
加法器，用于将调磁绕组相角观测值
Figure FDA0002552353980000038
减去调磁绕组相位差
Figure FDA0002552353980000039
得到电角度观测值
Figure FDA00025523539800000310
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述调磁绕组相位差
Figure FDA00025523539800000311
为调磁绕组感应电势与电枢绕组反电势的电角度相位差，具体通过仿真分析或离线实验测得。
10.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述磁化状态控制器具体包括：
磁化状态选择单元，用于根据电角速度观测值
Figure FDA00025523539800000312
获得磁化状态给定值
Figure FDA00025523539800000313
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure FDA00025523539800000314
获得调磁电流给定值
Figure FDA00025523539800000315
加法器，用于获取采集的调磁绕组电流if与给定值
Figure FDA0002552353980000041
的误差；
比例--积分调节器，用于将加法器输出结果进行比例--积分调节；
脉宽调制器，用于将比例--积分调节器的输出信号经过脉宽调制的方式产生驱动信号Sf。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098772B (zh) * 2019-04-26 2020-08-25 东南大学 基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统
CN110995085B (zh) * 2019-10-31 2021-06-22 东南大学 考虑不可控发电故障的变磁通记忆电机多步调磁控制方法
CN111697899B (zh) * 2020-06-11 2021-12-03 华中科技大学 一种变磁通永磁电机充磁状态闭环控制方法和系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5787583B2 (ja) * 2011-04-12 2015-09-30 株式会社東芝 モータドライブ装置
JP5787584B2 (ja) * 2011-04-12 2015-09-30 株式会社東芝 モータドライブ装置
CN106026815B (zh) * 2016-07-29 2018-06-12 东南大学 一种轴向磁场磁通切换型混合永磁体记忆电机弱磁控制方法
CN107154765B (zh) * 2017-05-11 2019-03-29 东南大学 一种磁通切换型记忆电机高功率因数控制方法
CN107017818B (zh) * 2017-05-17 2019-05-28 东南大学 一种定子永磁型记忆电机直接转矩控制方法
CN107248830B (zh) * 2017-07-24 2019-04-30 东南大学 一种记忆电机磁化状态选择与弱磁控制协同控制方法
WO2019060753A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Nidec Motor Corporation SYSTEM AND METHOD USED BY COMPUTER TO REDUCE ANGLE ERROR IN ELECTRIC MOTORS
CN108288933B (zh) * 2018-01-17 2020-08-25 东南大学 一种交流调磁型记忆电机分段调磁控制方法
CN108900131A (zh) * 2018-07-11 2018-11-27 山东大学 表贴式永磁同步电机低速无位置传感器矢量控制系统与方法
CN109150022A (zh) * 2018-08-21 2019-01-04 东南大学 一种基于电流解耦的记忆电机调磁转矩脉动的抑制方法
CN110098772B (zh) * 2019-04-26 2020-08-25 东南大学 基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统

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