本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制方法。

背景技術(shù)：

記憶電機(jī)通過施加調(diào)磁脈沖調(diào)節(jié)鋁鎳鈷永磁體磁化狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的增磁和弱磁運(yùn)行，且在調(diào)磁過程中幾乎沒有調(diào)磁損耗，被認(rèn)為是一種真正意義上的可控磁通永磁同步電機(jī)。根據(jù)可調(diào)磁化狀態(tài)永磁體在電機(jī)位置的不同，可將記憶電機(jī)分為轉(zhuǎn)子永磁型和定子永磁型兩種。轉(zhuǎn)子永磁型記憶電機(jī)的電樞繞組即應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)控制又用于在線調(diào)磁控制，雖節(jié)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(jī)分別采用電樞繞組和額外調(diào)磁繞組實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制和在線調(diào)磁控制，不僅克服了轉(zhuǎn)子永磁型記憶電機(jī)調(diào)磁繞組和永磁體位置不確定的問題，而且可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制。就定子永磁型記憶電機(jī)而言，目前主要集中在新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新原理等方面的研究，而對其驅(qū)動(dòng)和調(diào)磁控制尤其是驅(qū)動(dòng)和調(diào)磁的協(xié)同控制尚處于初步階段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制方法。

技術(shù)方案：一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制方法，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，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)，直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考的給定如下式所示：

其中，a和b的表達(dá)式分別為：

為充磁曲線，為去磁曲線，ψ_pmc為定子永磁型記憶電機(jī)總損耗最小對應(yīng)的永磁磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀測器觀測的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈；p為電機(jī)極對數(shù)，R_s、C_str、C_fe、γ分別為定子電阻、雜散損耗系數(shù)、鐵耗系數(shù)及鐵耗常數(shù)；

5)當(dāng)電機(jī)工作于高速區(qū)域時(shí)，直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖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，所述定子永磁型記憶電機(jī)總損耗最小對應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc獲取方法包括如下步驟：

(1)確定定子永磁型記憶電機(jī)總損耗為其中，為定子銅耗，為定子鐵耗，為雜散損耗，L_q為交軸電感；

(2)確定定子永磁型記憶電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程為T_e＝1.5pψ_pm(i_f)i_q；

(3)將定子永磁型記憶電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩方程代入到總損耗方程得：對ψ_pm(i_f)二次求導(dǎo)得：由于得到，存在ψ_pm(i_f)使定子永磁型記憶電機(jī)總損耗P_con最小，使P_con最小的永磁磁鏈ψ_pmc為

進(jìn)一步的，所述ψ表示磁鏈變量。

有益效果：本發(fā)明的一種定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和在線調(diào)磁協(xié)同控制方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.在低速區(qū)域，對定子永磁型記憶電機(jī)進(jìn)行效率最優(yōu)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(tǒng)效率；

2.在高速區(qū)域，當(dāng)直流母線電壓一定時(shí)，通過永磁體飽和磁化狀態(tài)的磁鏈和額定轉(zhuǎn)速計(jì)算給定轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的磁鏈，減少了參數(shù)變化對弱磁控制的影響，提高了高速區(qū)域弱磁控制精度。

附圖說明

圖1為定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和調(diào)磁協(xié)同控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動(dòng)和調(diào)磁協(xié)同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)，直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖參考的給定如下式所示：

其中，a和b的表達(dá)式分別為：

為充磁曲線，為去磁曲線，ψ_pmc為定子永磁型記憶電機(jī)總損耗最小對應(yīng)的永磁磁鏈，ψ_pm(i_f)為磁鏈觀測器觀測的電機(jī)實(shí)際永磁磁鏈；p為電機(jī)極對數(shù)，R_s、C_str、C_fe、γ分別為定子電阻、雜散損耗系數(shù)、鐵耗系數(shù)及鐵耗常數(shù)。

其中，定子永磁型記憶電機(jī)總損耗最小對應(yīng)的永磁磁鏈ψ_pmc獲取方法包括如下步驟：

(1)確定定子永磁型記憶電機(jī)總損耗為其中，為定子銅耗，為定子鐵耗，為雜散損耗，L_q為交軸電感；

(2)確定定子永磁型記憶電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程為T_e＝1.5pψ_pm(i_f)i_q；

(3)將定子永磁型記憶電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩方程代入到總損耗方程得：對ψ_pm(i_f)二次求導(dǎo)得：由于得到，存在ψ_pm(i_f)使定子永磁型記憶電機(jī)總損耗P_con最小，使P_con最小的永磁磁鏈ψ_pmc為

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)，直軸電流參考交軸電流參考和調(diào)磁脈沖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，通過比較按照效率最優(yōu)控制所計(jì)算的永磁磁鏈ψ_pmc與磁鏈觀測器觀測的實(shí)際永磁磁鏈ψ_pm(i_f)的大小來確定對鋁鎳鈷磁化狀態(tài)的調(diào)磁方式，然后按照充磁函數(shù)或去磁函數(shù)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和按照效率最優(yōu)控制所計(jì)算的永磁磁鏈ψ_pmc可得到交軸電流參考

若電機(jī)位于高速區(qū)域，依據(jù)直流母線電壓U_dc和給定電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算電機(jī)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(tài)的調(diào)磁方式，然后按照充磁曲線或去磁曲線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)速及鋁鎳鈷飽和充磁后的磁鏈ψ_pm(i_f)_max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，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。