CN113131830A - 直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于感应电机技术领域，公开了一种直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端，直线感应电机效率优化控制方法包括：直线感应电机加入独立铁损支路的d‑q轴不对称等效电路的提出；直线感应电机损耗模型的构建；直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。本发明采用改进的直线感应电机等效电路推导损耗模型，考虑动态边端效应下激磁电感的衰减和次级漏感对涡流损耗的影响，对于直线感应电机边端效应的计算更加准确。本发明提出损耗模型的边端效应系数计算精确度较传统方法提高，带来了更精确的最优磁链计算值，进而相对传统损耗模型，损耗分别降低2550W(15.6％)和1270W(7.9％)。同时，本发明增加弱磁下限，防止出现负载突变的失速现象。

Description

直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端

技术领域

本发明属于感应电机技术领域，尤其涉及一种直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端。

背景技术

目前，《基于损耗模型的感应电机效率优化控制研究》，该方法采用旋转感应电机等效电路推导损耗模型，并计算效率优化时的磁链，没有考虑直线感应电机结构带来的激磁电感下降和动子板入端涡流损耗(即边端效应)的影响。因此应用于直线感应电机时，计算磁链并非最优因而损耗并非最小，且随着速度上升，磁链和速度观测将不准确。

《动态边端效应下直线感应电机最小损耗控制》和《Loss Minimization Controlof Dual Three-Phase Linear Induction Motor with System-Level Loss Model》，采用六相直线感应电机等效电路，对激磁电感衰减、动态边端效应的涡流损耗进行了估计。但为了简化计算，模型中完全忽略了铁芯损耗，没有加入等效铁损电阻，仅控制铜损最小，效率优化效果不佳。

《System-level efficiency optimization of a linear induction motordrive system》，该方法的直线感应电机等效电路将铁损支路置于初级电阻和漏感之间，因此推导的损耗模型复杂，包含九个涉及电机电磁参数、且与运行瞬时线速度相关的系数，最优磁链计算式高达七次，无法解析计算，需以牛顿拉夫逊法等迭代求解。

因此，亟需一种新的直线感应电机效率优化控制方法及系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有基于损耗模型的感应电机效率优化控制方法，没有考虑直线感应电机结构带来的激磁电感下降和动子板入端涡流损耗的影响。因此应用于直线感应电机时，计算磁链并非最优因而损耗并非最小，且随着速度上升，磁链和速度观测将不准确。

(2)现有采用经典直线感应电机等效电路对激磁电感衰减进行估计的方法中，模型完全忽略了铁芯损耗，没有加入等效铁损电阻，仅控制铜损最小，效率优化效果不佳。

(3)现有直线异步电动机的损耗模型与效率优化控制方法中，推导的损耗模型复杂，包含九个涉及电机电磁参数、且与运行瞬时线速度相关的系数，最优磁链计算式高达七次，难以解析计算，需以牛顿拉夫逊法等迭代求解。损耗表达式如下：

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)目前大量损耗模型和效率优化控制方法，选择旋转感应电机等效电路为基础进行推导。但旋转感应电机不存在两端开断的结构，因而其等效电路本身不含有边端效应修正部分。同时，受限于早期控制器计算性能，传统的直线感应电机模型对于边端效应计算包含简化条件，忽略了次级漏感对于激磁电感衰减和次级涡流损耗的影响。

(2)直线感应电机模型已经需要实时计算边端效应修正系数，控制器已存在额外负荷，加入常规的并联铁芯损耗支路会大大增加计算难度，甚至需要在每一个采样周期进行迭代计算。而常用的低成本DSP或ARM芯片无法保证迭代计算的实时性，在实验中常以工控计算机进行辅助运算，限制了这些方法的应用。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)直线感应电机受边端效应影响，其激磁电感在高速下会衰减超过50％，同时次级涡流损耗亦会急剧上升。对于直线感应电机，激磁电感不仅应用于效率优化控制的损耗模型计算，同时是次级磁链观测器的主要输入参数，关系到定子电流频率计算，直接影响控制精度和安全性。因而精准的估计直线感应电机的边端效应影响，对于提升控制精度、增加最优磁链计算准确度、提高控制系统安全性具有极其重要的意义。

(2)铁芯损耗模型通常表示为动子速度及速度平方项的函数，其数值在高速下甚至会超过初、次级铜损的总和，将其忽略在高速工况下会严重影响模型计算精度。研究如何在加入铁芯损耗同时不显著增加模型复杂度是很有意义的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端，尤其涉及一种基于d-q轴不对称独立铁损支路模型的直线感应电机效率优化控制方法及系统。

本发明是这样实现的，一种直线感应电机效率优化控制方法，所述直线感应电机效率优化控制方法包括以下步骤：

步骤一，直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

步骤二，直线感应电机损耗模型的构建；

步骤三，直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

进一步，步骤一中，基于新提出的所述直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路，对边端效应进行修正，并将考虑次级漏感影响的边端效应涡流损耗仅加入d轴等效电路，而q轴等效电路维持简洁的形式。

同时，基于铁损电阻通常远大于铜损电阻一百倍以上的事实，认定铁损支路电流远小于激磁电感支路，可将通常并联于激磁电感支路的铁损支路单独提出，使损耗模型兼顾准确和简洁。

电压方程：

磁链方程：

推力方程：

其中，u、i、Ψ为电压、电流和磁链。R、L为电阻和电感。ω_sl和ω_s分别为转差角频率与定子电流电角频率。p为微分算子。下标中的d、q代表d轴分量和q轴分量。s、r代表初级侧和次级侧参数。K_e、K_r为边端效应修正系数。β＝π/τ.τ为极距。

进一步，步骤二中，所述直线感应电机损耗模型的构建，包括：

当电机处于稳态运行工况，基于定子磁场定向，次级q轴磁链Ψ_qr和次级d轴电流i_dr可视为零。且推力、次级速度为常数、电感压降为零。则各电流分量可表示为：

因此电机包括铁损、铜损、边端效应损耗的总可控损耗可表示如下：

其中系数A₁、A₂表示如下，其中L_se＝L_ls+L_me,L_re＝L_lr+L_me：

进一步，步骤三中，所述直线感应电机稳态效率优化磁链的计算，包括：

当推力、速度、磁链均为正，恒有：

且：

因此可证明可控损耗是关于转子磁链的凹函数，存在唯一极值点，以此时的计算磁链作为控制量输入控制系统可以使得效率最高。计算方法为：

令P_LIM＝0，此时方程的解即为磁链参考值：

该求解的复杂度降低至单片的DSP或ARM可在线计算的范围。

进一步，步骤三中，所述直线感应电机稳态效率优化磁链的计算，还包括：

在矢量控制视角下直线感应电机可近似为他励直流电机，次级磁链，即初级励磁电流分量针对不同工况存在相应的上下限，i_ds过高会发生铁芯饱和，过低则易在负载增大时发生失速。由于效率优化控制通常为弱磁，下面主要分析其弱磁下界的计算。

电机推力方程表明，电磁推力可以写为定子q轴电流分量和转子磁链的乘积。当进入弱磁控制，为维持电磁推力恒定q轴电流分量必然上升。当所需推力和速度恒定，次级磁链下界可以倒推得：

基于恒幅值变换原则，定子电流矢量可以视为d-q子空间电流分量的合成。因此定子q轴电流的最大值i_qs,max可由定子电流矢量最大值I_s,max计算得到，数学表达式为：

进一步，所述直线感应电机效率优化控制方法，还包括：

以电流传感器对直线感应电机A、B两相输入电流进行采样、以直线编码尺对动子线速度进行采样，得到i_A、i_B、v。在次级磁场定向坐标系中，由i_A、i_B、v计算得到动子磁链角度和幅值θ_s、ψ_dr与稳态推力F，同时将两相电流旋转变换得到定子d-q轴电流i_ds和i_qs。

此时获得的速度v首先用于计算边端效应修正系数，即K_e和K_r更新模型的参数；其后v和推力F输入式

和式

中，得：

计算得到使损耗最小的给定磁链

并进行限幅计算。

在此基础上，根据计算得到稳态下的激磁电流参考量

与速度环输出的q轴电流参考量

一同输入电流内环的两个PI调节器。

内环PI调节器输出的电压参考量

经过dq-αβ的旋转变换得到

输入SVPWM生成器，生成三相SVPWM信号控制逆变器进而驱动直线感应电机。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的直线感应电机效率优化控制方法的直线感应电机效率优化控制系统，所述直线感应电机效率优化控制系统，包括：

等效电路提出模块，用于实现直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

损耗模型构建模块，用于实现直线感应电机损耗模型的构建；

计算模块，用于实现直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

(1)进行直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

(2)进行直线感应电机损耗模型的构建；

(3)进行直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

(1)进行直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

(2)进行直线感应电机损耗模型的构建；

(3)进行直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的直线感应电机效率优化控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

(1)本发明提供的直线感应电机效率优化控制方法，采用了改进的直线感应电机等效电路推导损耗模型，可以考虑动态边端效应下激磁电感的衰减(系数K_e)和次级漏感对涡流损耗的影响(系数K_r)。本发明提供的损耗模型对于直线感应电机边端效应的计算更加准确：

对于高速直线感应电机，最小损耗控制的效果很大程度取决于边端效应估计的精确度。文献《Electrical Losses Minimization of Linear Induction MotorsConsidering the Dynamic End-Effects》(LMC 2)与《直线异步电动机的损耗模型与效率优化控制》(LMC 3)各自提出了考虑动态边端效应的等效电路，且与此处等效电路具有相似电路拓扑，具体差异见表2。由于其相似的形式，可以按前述同样方法推导对应的损耗模型。

表2具体差异表

分别将模型嵌入控制拓扑进行对比，得到各边端效应系数随速度变化、效率优化次级磁链和总可控损耗对比如图6-7所示。观察可发现，本发明提出损耗模型的边端效应系数将次级漏感对于，计算精确度较传统方法提高；由此带来了更精确的最优磁链计算值，进而使损耗分别降低了2550W(15.6％)和1270W(7.9％)。

(2)本发明将铁损电阻支路单独提出，在不忽略铁芯损耗(涡流、磁滞损耗)的前提下，将模型计算大幅简化(仅需计算一次四次根号项，避免了在线迭代计算)。如《动态边端效应下直线感应电机最小损耗控制》提出的效率优化控制完全忽略了铁芯损耗；而《System-level efficiency optimization of a linear induction motor drivesystem》将铁损支路位置提前至初级电阻和漏感之间，导致模型计算非常复杂，且模型计算包含九个随速度变化的系数、计算极其复杂，需要迭代运算(见下式)。

(3)本发明增加了弱磁下限，防止出现负载突变的失速现象。

直线感应电机由于存在动态边端效应，高速下激磁电感衰减严重，相较旋转感应电机更加需要弱磁下限，而传统效率优化控制往往忽略了这一方面。图8为有无弱磁下限的对比，工况为2000N推力、0～12m/s分段加速过程。

由图8可以发现，当未加入弱磁下限，在高速下，由于边端效应造成的激磁电感严重衰减，定子电流的推力分量将不能产生足够的推力跟踪给定速度。

(4)相比传统磁场定向控制，本发明效率提升明显。

在各种负载阻力和速度下，使用传统磁场定向控制的损耗减去效率优化控制的损耗，结果如图9所示。可见在各种情况下，本技术都可以达到显著的效率提升。

当速度低、负载阻力小时，低给定磁链(4Wb)损耗更低，但随着速度和负载上升其效率显著下降，此时高给定磁链获(6Wb)得了更高的效率。可以观察到，无论何种工况下，效率优化控制(LMC)策略下稳态损耗始终低于恒给定磁链控制，损耗降低范围从1.9％(4Wb，4000N，12m/s)至58.9％(6Wb，2000N，0.5m/s)，这验证了本发明提出损耗模型的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的直线感应电机效率优化控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的直线感应电机效率优化控制系统结构框图；

图中：1、等效电路提出模块；2、损耗模型构建模块；3、计算模块。

图3是本发明实施例提供的改进的直线感应电机等效电路示意图。

图4是本发明实施例提供的变换分解示意图。

图5是本发明实施例提供的直线感应电机效率优化控制系统的完整拓扑。

图6是本发明实施例提供的各边端效应系数随速度的变化示意图。

图7是本发明实施例提供的各损耗模型计算磁链与LIM总损耗对比(11m/s，2000Nload)示意图。

图8是本发明实施例提供的有无弱磁下限的对比示意图。

图8(a)是本发明实施例提供的未加入弱磁下限的示意图。

图8(b)是本发明实施例提供的加入弱磁下限的示意图。

图9是本发明实施例提供的使用传统磁场定向控制的损耗减去效率优化控制的损耗结果示意图。

图9(a)是本发明实施例提供的恒给定磁链示意图。

图9(b)是本发明实施例提供的效率优化控制示意图。

图9(c)是本发明实施例提供的损耗-速度曲线示意图。

图9(d)是本发明实施例提供的损耗-负载曲线示意图。

图10是本发明实施例提供的硬件在环实时仿真平台拓扑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种直线感应电机效率优化控制方法、系统、介质、处理终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的直线感应电机效率优化控制方法包括以下步骤：

S101，直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

S102，直线感应电机损耗模型的构建；

S103，直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

如图2所示，本发明实施例提供的直线感应电机效率优化控制系统包括：

等效电路提出模块1，用于实现直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

损耗模型构建模块2，用于实现直线感应电机损耗模型的构建；

计算模块3，用于实现直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

1、直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路

针对之前技术选取模型存在的忽略边端效应而不准确或者模型结构过于复杂的问题，基于新提出的等效电路，对边端效应进行修正，并将考虑次级漏感影响的边端效应涡流损耗仅加入d轴等效电路，而q轴等效电路维持简洁的形式。

并基于铁损电阻通常远大于铜损电阻(一百倍以上)的事实，认定铁损支路电流远小于激磁电感支路，可将通常并联于激磁电感支路的铁损支路单独提出，使损耗模型兼顾准确和简洁。改进的直线感应电机等效电路如图3所示。

电压方程：

磁链方程：

推力方程：

其中，u、i、Ψ为电压、电流和磁链。R、L为电阻和电感。ω_sl和ω_s分别为转差角频率与定子电流电角频率。p为微分算子。下标中的d、q代表d轴分量和q轴分量。s、r代表初级侧和次级侧参数。K_e、K_r为边端效应修正系数。β＝π/τ.τ为极距。

2、直线感应电机损耗模型

当电机处于稳态运行工况，基于定子磁场定向，次级q轴磁链Ψ_qr和次级d轴电流i_dr可视为零。且推力、次级速度为常数、电感压降为零。则各电流分量可表示为：

因此电机包括铁损、铜损、边端效应损耗的总可控损耗可表示如下：

其中系数A₁、A₂表示如下，其中L_se＝L_ls+L_me,L_re＝L_lr+L_me：

3、直线感应电机稳态效率优化磁链计算方法

可以证明，当推力、速度、磁链均为正，恒有：

且：

因此可证明可控损耗是关于转子磁链的凹函数，存在唯一极值点，以此时的计算磁链作为控制量输入控制系统可以使得效率最高。计算方法为：

令P_LIM＝0，此时方程的解即为磁链参考值：

该求解的复杂度降低至单片的DSP或ARM可在线计算的范围。

在矢量控制视角下直线感应电机可近似为他励直流电机，理所当然次级磁链(初级励磁电流分量)针对不同工况存在相应的上下限，i_ds过高会发生铁芯饱和，过低则易在负载增大时发生失速。由于效率优化控制通常为弱磁(仅当显著过载或超过额定速度时可能例外)，下面主要分析其弱磁下界的计算。

电机推力方程(3)表明，电磁推力可以写为定子q轴电流分量和转子磁链的乘积。当进入弱磁控制，为维持电磁推力恒定q轴电流分量必然上升。当所需推力和速度恒定，次级磁链下界可以倒推得：

基于恒幅值变换原则，定子电流矢量可以视为d-q子空间电流分量的合成。因此定子q轴电流的最大值i_qs,max可由定子电流矢量最大值I_s,max计算得到，变换分解如图4所示，数学表达式为：

实施例2

如图5所示，首先以电流传感器对直线感应电机A、B两相输入电流进行采样、以直线编码尺对动子线速度进行采样，得到i_A、i_B、v。在次级磁场定向坐标系中，由i_A、i_B、v计算得到动子磁链角度和幅值θ_s、ψ_dr与稳态推力F，同时将两相电流旋转变换得到定子d-q轴电流i_ds和i_qs。

此时获得的速度v首先用于计算边端效应修正系数(1中的K_e和K_r)更新模型的参数。其后v和推力F输入3中的式(12)、(9)：

计算得到使损耗最小的给定磁链

并进行限幅计算。

在此基础上，根据式(7)计算得到稳态下的激磁电流参考量

与速度环输出的q轴电流参考量

一同输入电流内环的两个PI调节器。

内环PI调节器输出的电压参考量

经过dq-αβ的旋转变换得到

输入SVPWM生成器，生成三相SVPWM信号控制逆变器进而驱动直线感应电机。

实施例3

1.采用了改进的直线感应电机等效电路推导损耗模型，可以考虑动态边端效应下激磁电感的衰减(系数K_e)和次级漏感对涡流损耗的影响(系数K_r)。

表LIM仿真参数

本损耗模型对于直线感应电机边端效应的计算更加准确：

对于高速直线感应电机，效率优化控制(LMC)的效果很大程度取决于边端效应估计的精确度。文献《Electrical Losses Minimization of Linear Induction MotorsConsidering the Dynamic End-Effects》(LMC 2)与《直线异步电动机的损耗模型与效率优化控制》(LMC 3)各自提出了考虑动态边端效应的等效电路，且与此处等效电路(LMC1)具有相似电路拓扑，具体差异见表2。由于其相似的形式，可以按前述同样方法推导对应的损耗模型。

表2具体差异表

分别将模型嵌入控制拓扑进行对比，得到各边端效应系数随速度变化、效率优化次级磁链和总可控损耗对比如图6-图7所示。观察可发现，本发明提出损耗模型的边端效应系数计算精确度较传统方法提高；由此带来了更精确的最优磁链计算值，进而使损耗分别降低了2550W(15.6％)和1270W(7.9％)。因此，损耗模型精确度更高，因而计算磁链更精准，进而电机损耗更低。

各损耗模型计算磁链与LIM总损耗对比(11m/s，2000N load)。

2.将铁损电阻支路单独提出，在不忽略铁芯损耗(涡流、磁滞损耗)的前提下，将模型计算大幅简化(仅需计算一次四次根号项，避免了在线迭代计算)。

如《动态边端效应下直线感应电机最小损耗控制》提出的效率优化控制完全忽略了铁芯损耗；而《System-level efficiency optimization of a linear inductionmotor drive system》将铁损支路位置提前至初级电阻和漏感之间，导致模型计算非常复杂，且模型计算包含九个随速度变化的系数、计算极其复杂，需要迭代运算(见下式)。

3.增加了弱磁下限，防止出现负载突变的失速现象。

直线感应电机由于存在动态边端效应，高速下激磁电感衰减严重，相较旋转感应电机更加需要弱磁下限，而传统效率优化控制往往忽略了这一方面。图8为有无弱磁下限的对比，工况为2000N推力、0～12m/s分段加速过程。

由图8可以发现，当未加入弱磁下限，在高速下，由于边端效应造成的激磁电感严重衰减，定子电流的推力分量将不能产生足够的推力跟踪给定速度。

4.相比传统磁场定向控制，效率提升明显。

在各种负载阻力和速度下，使用传统磁场定向控制的损耗减去效率优化控制的损耗，结果如图9所示。可见在各种情况下，本技术都可以达到显著的效率提升。

当速度低、负载阻力小时，低给定磁链(4Wb)损耗更低，但随着速度和负载上升其效率显著下降，此时高给定磁链获(6Wb)得了更高的效率。可以观察到，无论何种工况下，效率优化控制策略下稳态损耗始终低于恒给定磁链控制，损耗降低范围从1.9％(4Wb，4000N，12m/s)至58.9％(6Wb，2000N，0.5m/s)，这验证了本发明提出损耗模型的有效性。

下面结合具体仿真实验对本发明的效果作进一步描述。

高速LIM实验平台受限于电机结构较难搭建，此处选用快速控制原型(RCP1050)运行控制算法、生成实际控制脉冲，验证控制拓扑的工程实现；而主电路和直线感应电机模型分别置于硬件在环平台(HIL 6016)的FPGA和CPU中进行大小步长混合运算以最大程度模拟高速工况下的边端效应。硬件在环实时仿真平台拓扑如图10。

本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，所述直线感应电机效率优化控制方法包括以下步骤：

步骤一，将直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路；

步骤二，直线感应电机损耗模型的构建；

步骤三，直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

2.如权利要求1所述的直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，步骤一中，所述直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路，对边端效应进行修正，并将次级漏感影响的边端效应涡流损耗仅加入d轴等效电路，而q轴等效电路维持简洁形式；

电压方程：

磁链方程：

推力方程：

其中，u、i、Ψ为电压、电流和磁链；R、L为电阻和电感；ω_sl和ω_s分别为转差角频率与定子电流电角频率；p为微分算子；下标中的d、q代表d轴分量和q轴分量；s、r代表初级侧和次级侧参数；K_e、K_r为边端效应修正系数；β＝π/τ.τ为极距；

3.如权利要求1所述的直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，步骤二中，所述直线感应电机损耗模型的构建，包括：

当电机处于稳态运行工况，基于定子磁场定向，次级q轴磁链Ψ_qr和次级d轴电流i_dr可视为零；且推力、次级速度为常数、电感压降为零；则各电流分量可表示为：

电机包括铁损、铜损、边端效应损耗的总可控损耗表示如下：

其中系数A₁、A₂表示如下，其中L_se＝L_ls+L_me,L_re＝L_lr+L_me：

4.如权利要求1所述的直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，步骤三中，所述直线感应电机稳态效率优化磁链的计算，包括：

当推力、速度、磁链均为正，恒有：

且：

因此可证明可控损耗是关于转子磁链的凹函数，存在唯一极值点，以此时的计算磁链作为控制量输入控制系统可以使得效率最高；计算方法为：

令P_LIM＝0，此时方程的解为磁链参考值：

该求解的复杂度降低至单片的DSP或ARM在线计算的范围。

5.如权利要求1所述的直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，步骤三中，所述直线感应电机稳态效率优化磁链的计算，还包括：

当所需推力和速度恒定，次级磁链下界倒推得：

基于恒幅值变换原则，定子电流矢量可以视为d-q子空间电流分量的合成；因此定子q轴电流的最大值i_qs,max可由定子电流矢量最大值I_s,max计算得到，数学表达式为：

6.如权利要求1所述的直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，所述直线感应电机效率优化控制方法，还包括：

以电流传感器对直线感应电机A、B两相输入电流进行采样、以直线编码尺对动子线速度进行采样，得到i_A、i_B、v；在次级磁场定向坐标系中，由i_A、i_B、v计算得到动子磁链角度和幅值θ_s、ψ_dr与稳态推力F，同时将两相电流旋转变换得到定子d-q轴电流i_ds和i_qs；

获得的速度v首先用于计算边端效应修正系数，即K_e和K_r更新模型的参数；其后v和推力F输入式

和式

中，得：

计算得到使损耗最小的给定磁链

并进行限幅计算；

在此基础上，根据计算得到稳态下的激磁电流参考量

与速度环输出的q轴电流参考量

一同输入电流内环的两个PI调节器；

内环PI调节器输出的电压参考量

经过dq-αβ的旋转变换得到

输入SVPWM生成器，生成三相SVPWM信号控制逆变器进而驱动直线感应电机。

7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述的直线感应电机效率优化控制方法的直线感应电机效率优化控制系统，其特征在于，所述直线感应电机效率优化控制系统，包括：

等效电路提出模块，用于实现直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

损耗模型构建模块，用于实现直线感应电机损耗模型的构建；

计算模块，用于实现直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

(1)进行直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

(2)进行直线感应电机损耗模型的构建；

(3)进行直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

(1)进行直线感应电机加入独立铁损支路的d-q轴不对称等效电路的提出；

(2)进行直线感应电机损耗模型的构建；

(3)进行直线感应电机稳态效率优化磁链的计算。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端搭载如权利要求7所述的直线感应电机效率优化控制系统。

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