本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有較強(qiáng)魯棒性的定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法。

背景技術(shù)：

定子永磁型記憶電機(jī)在調(diào)磁過(guò)程中,調(diào)磁脈沖作用時(shí)間較短，其在調(diào)磁繞組產(chǎn)生的調(diào)磁損耗可忽略不計(jì),與普通的永磁同步電機(jī)類(lèi)似,其損耗主要包括定子銅耗、定子鐵耗及雜散損耗等部分。為了提高定子永磁型記憶電機(jī)的運(yùn)行效率，有必要研究合理的控制策略減小系統(tǒng)損耗。然而,目前對(duì)該類(lèi)型電機(jī)的研究主要集中在新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新原理等方面,對(duì)其進(jìn)行效率優(yōu)化和寬調(diào)速閉環(huán)控制方法未見(jiàn)研究報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法。

技術(shù)方案：一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬調(diào)速控制方法，包括以下步驟：

1)利用位置傳感器采集電機(jī)位置信號(hào)，并送入控制器進(jìn)行信號(hào)處理，得到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和轉(zhuǎn)子位置角θ，然后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和給定轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到的信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩給定

2)采集電機(jī)主電路相電流i_a和i_b及調(diào)磁脈沖i_f，其中相電流經(jīng)Clark和Park變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流i_d和交軸電流i_q；

3)根據(jù)額定電樞電流i_s、逆變器直流母線(xiàn)電壓U_dc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時(shí)電機(jī)永磁磁鏈ψ_pm(i_f)_max計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速ω_eN，當(dāng)電機(jī)給定轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于低速區(qū)域；當(dāng)大于ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于高速區(qū)域；

4)當(dāng)電機(jī)工作于低速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ψ_pmc為采用步長(zhǎng)自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀(guān)測(cè)器觀(guān)測(cè)的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈，為充磁曲線(xiàn)，為去磁曲線(xiàn)；

5)當(dāng)電機(jī)工作于高速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，ψ_pm1為通過(guò)電壓差法獲得的弱磁磁鏈，ψ_pm2為通過(guò)公式法獲得的弱磁磁鏈；

6)將步驟(4)和(5)所得的直軸電流參考和交軸電流參考與步驟(2)所得的直軸電流i_d和交軸電流i_q比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得到直軸電壓u_d和交軸電壓u_q；

7)將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓u_d和交軸電壓u_q經(jīng)Park逆變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，將u_α和u_β及直流母線(xiàn)電壓U_dc輸入到空間矢量脈沖寬度調(diào)制單元，運(yùn)算輸出的六路脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相逆變器的功率管；同時(shí)，將采集的調(diào)磁脈沖i_f與步驟(4)和(5)所得的調(diào)磁脈沖給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅(qū)動(dòng)調(diào)磁變換器功率管的PWM信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述ψ表示磁鏈變量。

進(jìn)一步的，采用步長(zhǎng)自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc包括如下步驟：

(1)采用固定步長(zhǎng)法，按照以下公式獲得輸入功率和交軸電壓的基值；

其中，ΔP_base為輸入功率基值，Δu_qbase為交軸電壓基值，P(1)為第一次采樣獲得的輸入功率，P(2)為第二次采樣獲得的輸入功率，u_q(1)為第一次采樣獲得的交軸電壓，u_q(2)為第二次采樣獲得的交軸電壓，輸入功率P的計(jì)算公式為P＝u_di_d+u_qi_q；

(2)輸入功率P隨u_q變化的斜率基值為

(3)根據(jù)下式獲得鋁鎳鈷磁鏈搜索步長(zhǎng)：

式中，ψ_pmc(n)為第n次搜索的永磁磁鏈，ΔP(n)和Δu_q(n)分別為第(n-1)搜索得到輸入功率和交軸電壓的差值，ψ_{pmc_init}為設(shè)定的初始搜索步長(zhǎng)；

(4)通過(guò)步驟(3)變步長(zhǎng)搜索算法反復(fù)搜索使電機(jī)獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc。

進(jìn)一步的，通過(guò)電壓差法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm1的具體步驟為：將直流母線(xiàn)電壓U_dc和相電壓的偏差經(jīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制后得到所述ψ_pm1；

通過(guò)公式法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm2的具體步驟為：由直流母線(xiàn)電壓U_dc和給定電機(jī)轉(zhuǎn)速所計(jì)算的永磁磁鏈為

有益效果：本發(fā)明的一種定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.在低速區(qū)域，以步長(zhǎng)自適應(yīng)搜索算法尋找輸入功率在鋁鎳鈷永磁磁鏈變化區(qū)間的極小值來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的效率優(yōu)化控制，不僅避免了采用電機(jī)損耗公式法計(jì)算誤差大的問(wèn)題，而且將不易通過(guò)數(shù)學(xué)建模計(jì)算的逆變器損耗、雜散損耗等包括在效率優(yōu)化控制中，減少了與控制系統(tǒng)實(shí)際損耗的差異，提高了效率優(yōu)化控制的精度；

2.在高速區(qū)域，通過(guò)電壓差法和公式法獲得弱磁控制所需弱磁磁鏈的復(fù)合弱磁方法可使定子永磁型記憶電機(jī)在寬速范圍內(nèi)具有較高的穩(wěn)定裕度以及較快的動(dòng)態(tài)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為定子永磁型記憶電機(jī)高效率和寬速控制電流分配方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線(xiàn)調(diào)磁協(xié)同控制方法，該方法具體包括以下步驟：

1)利用位置傳感器采集電機(jī)位置信號(hào)，并送入控制器進(jìn)行信號(hào)處理，可得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和轉(zhuǎn)子位置角θ，然后將電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_e和給定轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，該轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到的信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩給定

2)采集電機(jī)主電路相電流i_a和i_b及調(diào)磁脈沖i_f，其中相電流經(jīng)Clark和Park變換可得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電流i_d和交軸電流i_q。

3)根據(jù)額定電樞電流i_s、逆變器直流母線(xiàn)電壓U_dc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時(shí)電機(jī)永磁磁鏈ψ_pm(i_f)_max計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速ω_eN：當(dāng)電機(jī)給定轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于低速區(qū)域；當(dāng)大于ω_eN時(shí)，電機(jī)工作于高速區(qū)域。

4)當(dāng)電機(jī)工作于低速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ψ_pmc為采用步長(zhǎng)自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀(guān)測(cè)器觀(guān)測(cè)的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈，為充磁曲線(xiàn)，為去磁曲線(xiàn)。

采用步長(zhǎng)自適應(yīng)搜索算法獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc包括如下步驟：

(1)采用固定步長(zhǎng)法，按照以下公式獲得輸入功率和交軸電壓的基值；

其中，ΔP_base為輸入功率基值，Δu_qbase為交軸電壓基值，P(1)為第一次采樣獲得的輸入功率，P(2)為第二次采樣獲得的輸入功率，u_q(1)為第一次采樣獲得的交軸電壓，u_q(2)為第二次采樣獲得的交軸電壓，輸入功率P的計(jì)算公式為P＝u_di_d+u_qi_q；

(2)輸入功率P隨u_q變化的斜率基值為

(3)根據(jù)下式獲得鋁鎳鈷磁鏈搜索步長(zhǎng)：

式中，ψ_pmc(n)為第n次搜索的永磁磁鏈，ΔP(n)和Δu_q(n)分別為第(n-1)搜索得到輸入功率和交軸電壓的差值，ψ_{pmc_init}為設(shè)定的初始搜索步長(zhǎng)；

(4)通過(guò)步驟(3)變步長(zhǎng)搜索算法反復(fù)搜索使電機(jī)獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc。

將ψ_pmc代入F₁(·)或F₂(·)得到：

5)當(dāng)電機(jī)工作于高速區(qū)域時(shí)，根據(jù)下列方程組求解計(jì)算直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考

式中，ψ_pm1為通過(guò)電壓差法獲得的弱磁磁鏈，ψ_pm2為通過(guò)公式法獲得的弱磁磁鏈。通過(guò)電壓差法獲得所述弱磁磁鏈ψ_pm1的具體步驟為：將直流母線(xiàn)電壓U_dc和相電壓的偏差經(jīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制后得到ψ_pm1。通過(guò)公式法獲得弱磁磁鏈ψ_pm2的具體步驟為：由直流母線(xiàn)電壓U_dc和給定電機(jī)轉(zhuǎn)速所計(jì)算的永磁磁鏈為

將ψ_pm1與ψ_pm2的和作為弱磁控制的目標(biāo)鋁鎳鈷磁鏈，代入F₁(·)或F₂(·)得到：

6)將步驟(4)和(5)所得的直軸電流參考和交軸電流參考與步驟(2)所得的直軸電流i_d和交軸電流i_q比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得到直軸電壓u_d和交軸電壓u_q。

7)將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直軸電壓u_d和交軸電壓u_q經(jīng)Park逆變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，將u_α和u_β及直流母線(xiàn)電壓U_dc輸入到空間矢量脈沖寬度調(diào)制單元(SVPWM)，運(yùn)算輸出的六路脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相逆變器的功率管。同時(shí)，將采集的調(diào)磁脈沖i_f與步驟(4)和(5)所得的調(diào)磁脈沖給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅(qū)動(dòng)調(diào)磁變換器功率管的PWM信號(hào)。

圖2為定子永磁型記憶電機(jī)在低速區(qū)域和高速區(qū)域的電流分配方式示意圖。通過(guò)區(qū)域判斷模塊判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速所在區(qū)域，并按照分區(qū)控制策略在不同區(qū)域采取不同的電流分配方式。

若電機(jī)位于低速區(qū)域，比較按照變步長(zhǎng)搜索算法獲得使電機(jī)輸入功率最小的永磁磁鏈ψ_pmc與磁鏈觀(guān)測(cè)器觀(guān)測(cè)的磁鏈ψ_pm(i_f)的大小來(lái)確定對(duì)鋁鎳鈷磁化狀態(tài)的調(diào)磁方式，然后按照充磁曲線(xiàn)或去磁曲線(xiàn)確定所需方向和幅值的調(diào)磁脈沖參考依據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩給定電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_e和按照變步長(zhǎng)搜索算法使電機(jī)獲得最大效率所對(duì)應(yīng)的鋁鎳鈷磁鏈ψ_pmc，可得到交軸電流參考

若電機(jī)位于高速區(qū)域，通過(guò)比較由電壓差法和公式法所得到的目標(biāo)鋁鎳鈷磁鏈與磁鏈觀(guān)測(cè)器觀(guān)測(cè)的磁鏈的大小來(lái)確定對(duì)鋁鎳鈷磁化狀態(tài)的調(diào)磁方式，然后按照磁鏈-調(diào)磁脈沖曲線(xiàn)確定所需方向和幅值的調(diào)磁脈沖參考依據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩給定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ω_eN、給定電機(jī)轉(zhuǎn)速鋁鎳鈷飽和充磁后的磁鏈ψ_pm(i_f)_max、直流母線(xiàn)電壓U_dc、直軸電壓分量u_d及交軸電壓分量u_q可得到交軸電流參考

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。