一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法與流程
2023-05-26 05:49:21 5
本發明屬於電氣傳動技術領域，涉及一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法。
背景技術：
記憶電機通過施加調磁脈衝調節鋁鎳鈷永磁體磁化狀態可實現電機的增磁和弱磁運行，且在調磁過程中幾乎沒有調磁損耗，被認為是一種真正意義上的可控磁通永磁同步電機。根據可調磁化狀態永磁體在電機位置的不同，可將記憶電機分為轉子永磁型和定子永磁型兩種。轉子永磁型記憶電機的電樞繞組即應用於驅動控制又用於在線調磁控制，雖節省了空間和材料，但存在電樞繞組和永磁體相對位置不確定的問題。定子永磁型記憶電機分別採用電樞繞組和額外調磁繞組實現電機的驅動控制和在線調磁控制，不僅克服了轉子永磁型記憶電機調磁繞組和永磁體位置不確定的問題，而且可實現電機的驅動和在線調磁協同控制。就定子永磁型記憶電機而言，目前主要集中在新拓撲結構和新原理等方面的研究，而對其驅動和調磁控制尤其是驅動和調磁的協同控制尚處於初步階段。
技術實現要素：
發明目的：針對上述現有技術，提出一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法。
技術方案：一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法，包括以下步驟：
1)利用位置傳感器採集電機位置信號，並送入控制器進行信號處理，可得電機的實際轉速ωe和轉子位置角θ，然後將電機的實際轉速ωe和給定轉速比較後得到轉速偏差信號，該轉速偏差信號經速度調節器得到的信號作為轉矩給定
2)採集電機主電路相電流ia和ib及調磁脈衝if，其中相電流經Clark和Park變換可得兩相旋轉坐標系下的直軸電流id和交軸電流iq；
3)根據額定電樞電流is、逆變器直流母線電壓Udc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時電機永磁磁鏈ψpm(if)max計算電機的額定轉速ωeN，當電機給定轉速小於額定轉速ωeN時，電機工作於低速區域；當大於ωeN時，電機工作於高速區域；
4)當電機工作於低速區域時，直軸電流參考交軸電流參考和調磁脈衝參考的給定如下式所示：
其中，a和b的表達式分別為：
為充磁曲線，為去磁曲線，ψpmc為定子永磁型記憶電機總損耗最小對應的永磁磁鏈，ψpm(if)為磁鏈觀測器觀測的電機實際永磁磁鏈；p為電機極對數，Rs、Cstr、Cfe、γ分別為定子電阻、雜散損耗係數、鐵耗係數及鐵耗常數；
5)當電機工作於高速區域時，直軸電流參考交軸電流參考和調磁脈衝參考的給定如下式所示：
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id和交軸電流iq比較後經電流調節器得到直軸電壓ud和交軸電壓uq；
7)將兩相旋轉坐標系下的直軸電壓ud和交軸電壓uq經Park逆變換得到兩相靜止坐標系下α軸電壓uα和β軸電壓uβ，將uα和uβ及直流母線電壓Udc輸入到空間矢量脈衝寬度調製單元，運算輸出的六路脈衝調製信號驅動三相逆變器的功率管；同時，將採集的調磁脈衝if與步驟(4)和(5)所得的調磁脈衝給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅動調磁變換器功率管的PWM信號。
進一步的，所述定子永磁型記憶電機總損耗最小對應的永磁磁鏈ψpmc獲取方法包括如下步驟：
(1)確定定子永磁型記憶電機總損耗為其中，為定子銅耗，為定子鐵耗，為雜散損耗，Lq為交軸電感；
(2)確定定子永磁型記憶電機的穩態轉矩方程為Te＝1.5pψpm(if)iq；
(3)將定子永磁型記憶電機的穩態電磁轉矩方程代入到總損耗方程得：對ψpm(if)二次求導得：由於得到，存在ψpm(if)使定子永磁型記憶電機總損耗Pcon最小，使Pcon最小的永磁磁鏈ψpmc為
進一步的，所述ψ表示磁鏈變量。
有益效果：本發明的一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法具有如下優點：
1.在低速區域，對定子永磁型記憶電機進行效率最優控制，降低了定子銅耗、定子鐵耗及雜散損耗等損耗，提高了系統效率；
2.在高速區域，當直流母線電壓一定時，通過永磁體飽和磁化狀態的磁鏈和額定轉速計算給定轉速所對應的磁鏈，減少了參數變化對弱磁控制的影響，提高了高速區域弱磁控制精度。
附圖說明
圖1為定子永磁型記憶電機驅動和調磁協同控制結構框圖；
圖2為定子永磁型記憶電機驅動和調磁協同控制電流分配方式示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
如圖1所示，一種定子永磁型記憶電機驅動和在線調磁協同控制方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)利用位置傳感器採集電機位置信號，並送入控制器進行信號處理，可得電機的實際轉速ωe和轉子位置角θ，然後將電機的實際轉速ωe和給定轉速比較後得到轉速偏差信號，該轉速偏差信號經速度調節器得到的信號作為轉矩給定
(2)採集電機主電路相電流ia和ib及調磁脈衝if，其中相電流經Clark和Park變換可得兩相旋轉坐標系下的直軸電流id和交軸電流iq。
(3)根據額定電樞電流is、逆變器直流母線電壓Udc及鋁鎳鈷正向飽和充磁時電機永磁磁鏈ψpm(if)max計算電機的額定轉速ωeN：當電機給定轉速小於額定轉速ωeN時，電機工作於低速區域；當大於ωeN時，電機工作於高速區域。
(4)當電機工作於低速區域時，直軸電流參考交軸電流參考和調磁脈衝參考的給定如下式所示：
其中，a和b的表達式分別為：
為充磁曲線，為去磁曲線，ψpmc為定子永磁型記憶電機總損耗最小對應的永磁磁鏈，ψpm(if)為磁鏈觀測器觀測的電機實際永磁磁鏈；p為電機極對數，Rs、Cstr、Cfe、γ分別為定子電阻、雜散損耗係數、鐵耗係數及鐵耗常數。
其中，定子永磁型記憶電機總損耗最小對應的永磁磁鏈ψpmc獲取方法包括如下步驟：
(1)確定定子永磁型記憶電機總損耗為其中，為定子銅耗，為定子鐵耗，為雜散損耗，Lq為交軸電感；
(2)確定定子永磁型記憶電機的穩態轉矩方程為Te＝1.5pψpm(if)iq；
(3)將定子永磁型記憶電機的穩態電磁轉矩方程代入到總損耗方程得：對ψpm(if)二次求導得：由於得到，存在ψpm(if)使定子永磁型記憶電機總損耗Pcon最小，使Pcon最小的永磁磁鏈ψpmc為
將ψpmc代入F1(·)或F2(·)得到：
(5)當電機工作於高速區域時，直軸電流參考交軸電流參考和調磁脈衝參考的給定如下式所示：
其中，
(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id和交軸電流iq比較後經電流調節器得到直軸電壓ud和交軸電壓uq；
(7)將兩相旋轉坐標系下的直軸電壓ud和交軸電壓uq經Park逆變換得到兩相靜止坐標系下α軸電壓uα和β軸電壓uβ，將uα和uβ及直流母線電壓Udc輸入到空間矢量脈衝寬度調製單元(SVPWM)，運算輸出的六路脈衝調製信號驅動三相逆變器的功率管。同時，將採集的調磁脈衝if與步驟(4)和(5)所得的調磁脈衝給定一起送入PWM生成模塊生成能夠驅動調磁變換器功率管的PWM信號。
圖2為定子永磁型記憶電機在低速區域和高速區域的電流分配方式示意圖。通過區域判斷模塊判斷電機轉速所在區域，並按照分區控制策略在不同區域採取不同的電流分配方式。
若電機位於低速區域，通過比較按照效率最優控制所計算的永磁磁鏈ψpmc與磁鏈觀測器觀測的實際永磁磁鏈ψpm(if)的大小來確定對鋁鎳鈷磁化狀態的調磁方式，然後按照充磁函數或去磁函數確定所需方向和幅值的調磁脈衝參考依據速度調節器輸出的轉矩給定電機轉速ωe和按照效率最優控制所計算的永磁磁鏈ψpmc可得到交軸電流參考
若電機位於高速區域，依據直流母線電壓Udc和給定電機轉速計算電機所需要的磁鏈，通過比較該磁鏈與磁鏈觀測器觀測的磁鏈的大小來確定對鋁鎳鈷磁化狀態的調磁方式，然後按照充磁曲線或去磁曲線確定所需方向和幅值的調磁脈衝參考依據速度調節器輸出的轉矩給定電機額定轉速ωeN、給定電機轉速及鋁鎳鈷飽和充磁後的磁鏈ψpm(if)max可得到交軸電流參考
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。