CN112671289B - 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法 - Google Patents

一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112671289B
CN112671289B CN202110042312.9A CN202110042312A CN112671289B CN 112671289 B CN112671289 B CN 112671289B CN 202110042312 A CN202110042312 A CN 202110042312A CN 112671289 B CN112671289 B CN 112671289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
current
voltage
axis
change rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110042312.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112671289A (zh
Inventor
林鹤云
仲宇翔
阳辉
吕舒康
陈智勇
房淑华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202110042312.9A priority Critical patent/CN112671289B/zh
Publication of CN112671289A publication Critical patent/CN112671289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112671289B publication Critical patent/CN112671289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，该方法接收到调磁指令时，根据当前工况，包括转速n、负载电流iq等，计算出调磁指令所需要的最大动态电压Ums，选择合适的梯形波d轴充去磁电流变化率did/dt，使得Ums在母线电压所能提供的最大相电压Up范围内；当电流变化率did/dt最小，而调磁所需动态电压仍然超出母线电压时，采用改进q轴电流调节器，母线电压利用率最大化，产生的q轴电流降低了调磁所需动态电压，保证调磁的顺利进行；该种方法能够根据工况选择合适的充去磁电流变化率did/dt以及电流调节器，加快调磁速度，降低调磁损耗，且能够在更宽的速度范围内进行调磁。

Description

一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术，尤其涉及一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法。
背景技术
记忆电机(Memory Motor,MM)，作为一种新型永磁同步电机受到广泛关注。该种电机利用低矫顽力永磁体的磁通可变性，施加电流脉冲来改变永磁磁链。因此，电机在高速区运行时不需要持续的弱磁电流，仅需瞬时的电流脉冲来降低永磁磁链即可，从而降低铜耗。
记忆电机调磁时，由于母线电压固定，调磁时间不能太短、转速不能太高，限制了调磁的灵活性。目前，有学者在低速区采用电流轨迹预测算法，但是没有考虑带负载的情况；在高速区调磁，常用RRCVT和SLλST来拓宽调磁时的转速范围，然而前者忽略了电阻压降，后者不适用于矢量控制中。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种能够根据母线电压裕度自动调整调磁电流变化率，即调磁时间，同时能够在更高速度范围内实现调磁的控制方法。
技术方案：一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，包括如下步骤：
S1、根据实际电机特性，综合PI电流调节器的跟踪性能和调磁脉冲损耗，选择等腰梯形调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000011
和
Figure BDA0002896388160000012
其中
Figure BDA0002896388160000013
S2、选择调磁电流变化率为
Figure BDA0002896388160000014
计算当前转速和负载条件下执行调磁指令时所需要的最大调磁动态电压Ums2，判断Ums2是否超出母线电压，进而调整电流变化率，选择最合适的
Figure BDA0002896388160000015
使得在母线电压限制下，能够快速、成功的执行调磁指令；
S3、电机运行在中、低速区，调整电流变化率即可成功调磁，此时采用传统双电流调节器，以转速波动最小为目标；电机运行在高速区，即使电流变化率为最小值
Figure BDA0002896388160000021
最大相电压Up仍然小于调磁所需动态电压Ums3时，采用改进q轴电流调节器，使得母线电压利用率最大化，且通过q轴电流的变化降低调磁所需动态电压，保证调磁顺利进行，拓宽调磁转速范围。
进一步地，所述步骤S1中，
Figure BDA0002896388160000022
的选择受限于d轴电流调节器的跟踪速度，要保证实际电流能够跟踪给定参考值；
Figure BDA0002896388160000023
的选择受限于调磁损耗和调磁时的转矩脉动。
进一步地，所述步骤S2中的调磁动态电压的计算包括以下步骤：
S2.11：测量不同运行温度、不同磁化状态、不同负载下，电机绕组的最大相电阻Ramax，最大d、q轴电感Ldmax和Lqmax，存入控制器中；
S2.12：检测电机电角速度ωe，q轴电流iq，调磁前后的磁链ψPM1、ψPM2，调磁所需的d轴电流脉冲值id，以及调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000024
S2.13：根据S2.11和S2.12的数据，并且假设q轴电流波动较小，代入到电压方程
Figure BDA0002896388160000025
中，可得调磁瞬间最大d、q轴动态电压udmax和uqmax，进而得到所需调磁动态电压
Figure BDA0002896388160000026
进一步地，所述步骤S2中，调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000027
的选择包括以下步骤：
S2.21：选择
Figure BDA0002896388160000031
作为初始值，代入调磁动态电压计算模块，求得Ums2；
S2.22：若Ums2小于相电压Up，则选择
Figure BDA0002896388160000032
重新计算调磁动态电压Ums1；如果Ums1大于Up，则选择
Figure BDA0002896388160000033
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums1小于Up，则选择
Figure BDA0002896388160000034
作为本次调磁的电流变化率；
S2.23：若Ums2大于相电压Up，则选择
Figure BDA0002896388160000035
重新计算调磁动态电压Ums3；如果Ums3小于Up，则选择
Figure BDA0002896388160000036
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums3大于Up，则选择
Figure BDA0002896388160000037
作为本次调磁的电流变化率，且采用改进q轴电流调节器进行调磁。
进一步地，所述步骤S3中，传统双电流调节器的q轴电流的参考值为转速环的输出，降低转速波动；而改进q轴电流调节器中，d、q轴PI调节器输出参考电压
Figure BDA0002896388160000038
和
Figure BDA0002896388160000039
计算此时的相电压
Figure BDA00028963881600000310
以最大相电压Up为参考电压，实际相电压ums为反馈，差值经过PI调节器，输出q轴的参考电压，此时母线电压利用率最大化，并且通过q轴电流变化完成调磁指令。
有益效果：
1、相比于固定调磁时间的调磁控制方法，本发明方法在低速区调磁更快，调磁损耗小，转速波动小；
2、相比于传统的调磁控制方法，本发明方法能够根据当前运行条件计算调磁所需动态电压，易于判断母线电压是否足够，进而选择合适的调磁时间；
3、相比于传统调磁控制方法，本发明方法能够在更宽的速度范围内完成调磁，算法简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明具体实施方法中的框图；
图2是本发明具体实施方法中的调磁动态电压计算模块结构图；
图3是本发明具体实施方法中的调磁电流脉冲电流变化率did/dt的选择算法流程图；
图4是本发明具体实施方法中的调磁瞬间d、q轴动态电压实验波形图；
图5是本发明具体实施方法中的可变时间调磁算法下的电流、转速、电压实验波形图；
图6是本发明具体实施方法中的改进q轴电流调节器下的调磁瞬间d、q轴电流实验波形图。
具体实施方式
本实例提供了一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，如图1所示，具体步骤包括：
S1、根据实际电机，综合PI电流调节器的跟踪性能和调磁脉冲损耗，选择等腰梯形调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000041
和
Figure BDA0002896388160000042
其中
Figure BDA0002896388160000043
其中
Figure BDA0002896388160000044
的选择受限于d轴电流调节器(以PI调节器为主)的跟踪速度，要保证实际电流能够跟踪给定参考值；
Figure BDA0002896388160000045
的选择受限于调磁损耗和调磁时的转矩脉动，过小的
Figure BDA0002896388160000046
会使得调磁时间很长，损耗大，且调磁时转矩脉动大，转速不平稳。
S2、选择调磁电流变化率为
Figure BDA0002896388160000047
计算当前转速和负载条件下执行调磁指令时所需要的最大调磁动态电压Ums2，判断Ums2是否超出母线电压，进而调整电流变化率，选择最合适的
Figure BDA0002896388160000051
使得在母线电压限制下，能够快速、成功的执行调磁指令；
S2.1、如图2所示，调磁动态电压计算的具体步骤包括：
S2.11：测量电机不同运行温度、不同磁化状态、不同负载下绕组的最大相电阻Ramax，最大d、q轴电感Ldmax和Lqmax，存入控制器中；
S2.12：检测电机角速度ωe，q轴电流iq，调磁前后的磁链ψPM1、ψPM2，调磁所需的d轴电流脉冲值id，以及调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000052
S2.13：根据S2.11和S2.12的数据，并且假设q轴电流波动较小，代入到电压方程
Figure BDA0002896388160000053
中，可得调磁瞬间最大d、q轴动态电压udmax和uqmax，进而得到调磁动态电压
Figure BDA0002896388160000054
图4为转速0rpm、iq＝0条件下，施加+35A充磁电流时的d、q轴调磁动态电压波形，其中电流变化率
Figure BDA0002896388160000055
实际的所需调磁动态电Ums＝52.37V，调磁电压计算模块得到的Ums_pre＝53.63V，误差为2％，验证了该调磁动态电压计算模块的有效性；
S2.2、调磁电流脉冲的电流变化率
Figure BDA0002896388160000056
的选择如图3流程图所示，主要包括以下步骤：
S2.21：选择
Figure BDA0002896388160000057
作为初始值，代入调磁动态电压检测模块，求得Ums2；
S2.22：若Ums2小于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000058
重新计算调磁动态电压Ums1；如果Ums1大于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000059
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums1小于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000061
作为本次调磁的电流变化率；
S2.23：若Ums2大于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000062
重新计算调磁动态电压Ums3；如果Ums3小于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000063
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums3大于母线电压，则选择
Figure BDA0002896388160000064
作为本次调磁的电流变化率，且采用改进q轴电流调节器进行调磁；
S3、电机运行在中、低速区，调整电流变化率即可成功调磁，此时采用传统双电流调节器，以转速波动最小为目标；电机运行在高速区，即使电流变化率为最小值
Figure BDA0002896388160000065
最大相电压Up仍然小于调磁所需动态电压Ums3时，采用改进q轴电流调节器，使得母线电压利用率最大化，且通过q轴电流的变化降低调磁所需动态电压，保证调磁顺利进行，拓宽调磁转速范围。
具体内容包括，传统双电流调节器的q轴电流的参考值为转速环的输出，降低转速波动；而改进q轴电流调节器中，如图1所示，q轴电流参考值的给定采用如下步骤：
S3.11、d、q轴PI调节器输出参考电压
Figure BDA0002896388160000066
和
Figure BDA0002896388160000067
计算此时的相电压
Figure BDA0002896388160000068
S3.12、以最大相电压Up为参考电压，实际电压ums为反馈，跟踪Up，经过PI调节器，输出q轴的参考电压，母线电压利用率最大化，并且通过改变q轴电流轨迹完成调磁指令；
图5为采用上述调磁算法得到的实验波形，直流母线电压UDC为120V，即最大相电压
Figure BDA0002896388160000069
转速为500rpm，调磁指令为施加+10A充磁电流，根据调磁算法选择电流变化率
Figure BDA0002896388160000071
如图5中放大的调磁电流波形所示，调磁电流可以很好地跟踪参考值，调磁时间短，损耗小。此时q轴电流波动很小，转速波动小。
图6为采用改进q轴电流调节器时的d、q轴电流实验波形，转速400rpm，充磁电流+35A，虚线区域内ums＝Up，根据电压方程可知，图示q轴电流的变化可以降低调磁所需的最大Ums，从而顺利完成调磁，否则该转速下，母线电压不足以完成该调磁指令，验证了该q轴电流调节器的有效性。
本发明公开的调磁控制方法，在低速区，即母线电压充裕时，选择合适的调磁电流变化率，降低调磁时间，从而降低调磁损耗和转速波动，在高速区，即母线电压不足时，采用改进q轴电流调节器，通过q轴电流的调节，降低调磁所需动态电压，拓宽调磁转速范围。

Claims (5)

1.一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据实际电机特性，综合PI电流调节器的跟踪性能和调磁脉冲损耗，选择等腰梯形调磁电流脉冲的电流变化率
Figure FDA0003731061020000011
和
Figure FDA0003731061020000012
其中
Figure FDA0003731061020000013
S2、选择调磁电流变化率为
Figure FDA0003731061020000014
计算当前转速和负载条件下执行调磁指令时所需要的最大的调磁动态电压，判断最大的调磁动态电压是否超出母线电压UDC所能提供的最大相电压Up，
Figure FDA0003731061020000015
进而调整电流变化率，选择最合适的
Figure FDA0003731061020000016
S3、电机运行在中、低速区，调整电流变化率即可成功调磁，此时采用双电流调节器，以转速波动最小为目标；电机运行在高速区，即使电流变化率为最小值
Figure FDA0003731061020000017
最大相电压Up仍然小于调磁动态电压时，采用改进q轴电流调节器，使得母线电压利用率最大化，且通过q轴电流的变化降低调磁所需动态电压，保证调磁顺利进行，拓宽调磁转速范围。
2.根据权利要求1所述的一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，
Figure FDA0003731061020000018
的选择受限于d轴电流调节器的跟踪速度，要保证实际电流能够跟踪给定参考值；
Figure FDA0003731061020000019
的选择受限于调磁损耗和调磁时的转矩脉动。
3.根据权利要求1所述的一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的调磁动态电压的计算包括以下步骤：
S2.11：测量不同运行温度、不同磁化状态、不同负载下，电机绕组的最大相电阻Ramax，最大d、q轴电感Ldmax和Lqmax，存入控制器中；
S2.12：检测电机电角速度ωe，q轴电流iq，调磁前后的磁链ψPM1、ψPM2，调磁所需的d轴电流脉冲值id，以及调磁电流脉冲的电流变化率
Figure FDA0003731061020000021
S2.13：根据S2.11和S2.12的数据，并且假设q轴电流波动较小，代入到电压方程
Figure FDA0003731061020000022
中，可得调磁瞬间最大d、q轴动态电压udmax和uqmax，进而得到调磁动态电压
Figure FDA0003731061020000023
4.根据权利要求3所述的一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，调磁电流脉冲的电流变化率
Figure FDA0003731061020000024
的选择包括以下步骤：
S2.21：选择
Figure FDA0003731061020000025
作为初始值，代入调磁动态电压计算步骤，求得Ums2；
S2.22：若Ums2小于相电压Up，则选择
Figure FDA0003731061020000026
重新计算调磁动态电压Ums1；如果Ums1大于Up，则选择
Figure FDA0003731061020000027
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums1小于Up，则选择
Figure FDA0003731061020000028
作为本次调磁的电流变化率；
S2.23：若Ums2大于相电压Up，则选择
Figure FDA0003731061020000029
重新计算调磁动态电压Ums3；如果Ums3小于Up，则选择
Figure FDA00037310610200000210
作为本次调磁的电流变化率；如果Ums3大于Up，则选择
Figure FDA00037310610200000211
作为本次调磁的电流变化率，且采用改进q轴电流调节器进行调磁。
5.根据权利要求1所述的一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，双电流调节器的q轴电流的参考值为转速环的输出，降低转速波动；而改进q轴电流调节器中，d、q轴PI调节器输出参考电压
Figure FDA00037310610200000212
和
Figure FDA00037310610200000213
计算此时的相电压
Figure FDA00037310610200000214
以最大相电压Up为参考电压，实际相电压ums为反馈，差值经过PI调节器，输出q轴的参考电压，此时母线电压利用率最大化，并且通过q轴电流变化完成调磁指令。
CN202110042312.9A 2021-01-13 2021-01-13 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法 Active CN112671289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110042312.9A CN112671289B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110042312.9A CN112671289B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112671289A CN112671289A (zh) 2021-04-16
CN112671289B true CN112671289B (zh) 2022-08-16

Family

ID=75414771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110042312.9A Active CN112671289B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112671289B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9520821B1 (en) * 2015-08-19 2016-12-13 Nidec Motor Corporation System and method for optimizing flux regulation in electric motors
CN107590323B (zh) * 2017-08-29 2020-12-08 渤海大学 基于混合励磁六相爪极发电机的电磁、温升、机械、电子耦合系统的建模方法
JP7055001B2 (ja) * 2017-09-29 2022-04-15 日産自動車株式会社 モータの制御方法、及び、モータの制御装置
CN109818541B (zh) * 2019-03-13 2020-10-02 东南大学 一种用于磁链观测的记忆电机绕组复用控制方法及系统
CN110288885B (zh) * 2019-06-11 2021-02-09 东南大学 一种研究非线性永磁体磁化规律的实验方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Also Published As

Publication number Publication date
CN112671289A (zh) 2021-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110581680B (zh) 一种内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和系统
Kang et al. New direct torque control of induction motor for minimum torque ripple and constant switching frequency
CN107332485B (zh) 一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器
CN106627251B (zh) 一种电机控制方法及装置
CN106105012B (zh) 无刷电机的控制装置及控制方法
CN103701384A (zh) 内置式永磁同步电机弱磁控制方法
Alsofyani et al. Fast torque control and minimized sector-flux droop for constant frequency torque controller based DTC of induction machines
Chen et al. Minimum copper loss flux-weakening control of surface mounted permanent magnet synchronous motors
CN106849805A (zh) 一种电动压缩机驱动电机的弱磁控制方法
CN107104621A (zh) 交流电动机运行速度的弱磁控制方法及装置
Alsofyani et al. Improved transient-based overmodulation method for increased torque capability of direct torque control with constant torque-switching regulator of induction machines
CN107395078A (zh) 永磁同步电机弱磁控制方法
CN112671289B (zh) 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法
CN111404442A (zh) 一种压缩机的控制方法、装置、存储介质及压缩机
CN112234894B (zh) 可变磁通记忆电机无差拍直接转矩-磁链控制系统及方法
CN113708695A (zh) 一种电机的控制方法、装置、电机、存储介质及处理器
US20140184112A1 (en) Method and apparatus of controlling driving of two-phase switched reluctance motor
CN112532132A (zh) 一种永磁同步电机电流快速响应控制方法
CN110096077B (zh) 开关磁阻电机非奇异快速终端滑模转速控制方法及系统
CN111800045A (zh) 一种永磁同步电机的矢量无级弱磁方法
Yoo et al. Dynamic overmodulation for improved current regulation of PMSM
CN110995109A (zh) 一种交流调磁型记忆电机直接转矩磁链控制方法
CN110880900A (zh) 一种用于开关磁阻电机的转矩脉动抑制的方法
Yun et al. Simple overmodulation scheme for improved dynamic performance of IPMSM
Sozer et al. Advanced control techniques for switched reluctance machine drives in emerging applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant