專利名稱：基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)及自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體指一種基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字信號(hào)處理器，高性能計(jì)算機(jī)，電力電子技術(shù)，傳感器技術(shù)及永磁材料技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，PMSLM的性能有了很大程度的提高，這使得以PMSLM作為執(zhí)行電機(jī)的高性能交流永磁伺服系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。由于數(shù)控機(jī)床加工等場(chǎng)合的特殊要求，用直線伺服系統(tǒng)取代旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)的呼聲越來越強(qiáng)烈，直線伺服系統(tǒng)己經(jīng)逐步成為電氣傳動(dòng)控制的主要方向。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式日趨機(jī)械化、自動(dòng)化和復(fù)雜化，對(duì)現(xiàn)代伺服系統(tǒng)也提出了更高的性能要求和控制要求，尤其是為了滿足一些特殊的生產(chǎn)設(shè)備發(fā)展的需要，更加快了現(xiàn)代電機(jī)朝著智能化、高性能、數(shù)字化的方向發(fā)展，而PMSLM更是以其高轉(zhuǎn)矩電流比、高效率及寬調(diào)速范圍己日益成為電機(jī)伺服系統(tǒng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的主流。PMSLM在實(shí)際運(yùn)行中，由于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品容量的不連續(xù)性、安全系數(shù)選擇過高等因素，使絕大部分的電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，很大一部分電能白白浪費(fèi)，“大馬拉小車”的現(xiàn)象十分普遍。雖然蓬勃發(fā)展起來的各種變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)節(jié)能降耗和改善系統(tǒng)特性起到了關(guān)鍵性作用，但是，無論是采用高性能的矢量控制，還是普通的恒壓頻比控制，其本質(zhì)都是控制電機(jī)在額定恒磁通下運(yùn)行，因此輕載低效的問題依然存在。由此可以看出，進(jìn)一步研究 PMSLM系統(tǒng)的最小損耗控制問題是十分必要的。近年來涌現(xiàn)出來的電機(jī)最小損耗控制策略主要有損耗模型法和搜索尋優(yōu)法。損耗模型法是基于電機(jī)的損耗模型(有時(shí)也包括逆變器的模型)，控制合適的自變量來優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的損耗最小控制，此方法實(shí)現(xiàn)最小損耗控制的趨勢(shì)在于建立不同工況和應(yīng)用場(chǎng)合下的電機(jī)損耗模型，該模型要求簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確并且實(shí)用。搜索尋優(yōu)法是通過測(cè)量逆變器直流母線側(cè)的功率并利用搜索尋優(yōu)算法調(diào)節(jié)被控量尋找最小輸入功率值。此方法對(duì)輸入功率的檢測(cè)精度要求較高，因此對(duì)系統(tǒng)增加了較高的硬件要求，這樣就為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了不便；而且算法的收斂時(shí)間較長(zhǎng)，在尋優(yōu)過程中存在磁鏈、推力脈動(dòng)的問題，尤其是當(dāng)輸入功率函數(shù)在最小值附近比較平滑時(shí)，容易引起系統(tǒng)的振蕩和不穩(wěn)定。目前關(guān)于電機(jī)損耗模型法的研究都是單純的針對(duì)電機(jī)的損耗模型，通過對(duì)電機(jī)損耗函數(shù)求導(dǎo)得到損耗最小時(shí)轉(zhuǎn)子或定子磁鏈值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的最小損耗控制。其忽略了逆變器的損耗模型，這樣大大的影響了對(duì)系統(tǒng)最小損耗控制的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問題我們提出了一種基于系統(tǒng)損耗模型的PMSLM最小損耗控制策略，這種控制策略的目標(biāo)是控制整個(gè)系統(tǒng)的損耗最小，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效率運(yùn)行提供了理論基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)，包括速度調(diào)節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊，以及PMSLM。 其特征在于所述系統(tǒng)還包括最小損耗控制模塊，其中速度調(diào)節(jié)模塊連接推力滯環(huán)比較模塊，推力滯環(huán)比較模塊和磁鏈滯環(huán)比較模塊連接電壓矢量選擇模塊，電壓矢量選擇模塊連接逆變器，逆變器分別連接PMSLM、磁鏈和推力估算模塊，磁鏈和推力估算模塊連接電壓矢量選擇模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊和最小損耗控制模塊，最小損耗控制模塊連接磁鏈滯環(huán)比較模塊，PMSLM連接速度調(diào)節(jié)模塊?；谙到y(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
步驟1 推導(dǎo)PMSLM的數(shù)學(xué)模型 電壓方程為
式中，、《τ為初級(jí)繞組Μ、T軸電壓為初級(jí)繞組Μ、T軸電流為初級(jí)磁為次級(jí)等效角
為初級(jí)為初級(jí)電流； 磁鏈方程為
為初級(jí)繞組Μ、T軸磁為初級(jí)繞組電感，LiUq為初級(jí)繞組d、q軸為永磁體磁鏈； 步驟2 推導(dǎo)并建立系統(tǒng)中PMSLM和逆變器的損耗模型，得出損耗最小時(shí)初級(jí)磁鏈的表
達(dá)式為
權(quán)利要求
1.基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)，包括速度調(diào)節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊，以及永磁同步直線電機(jī)PMSLM，其特征在于所述系統(tǒng)還包括最小損耗控制模塊，其中速度調(diào)節(jié)模塊連接推力滯環(huán)比較模塊，推力滯環(huán)比較模塊和磁鏈滯環(huán)比較模塊連接電壓矢量選擇模塊， 電壓矢量選擇模塊連接逆變器，逆變器分別連接PMSLM、磁鏈和推力估算模塊，磁鏈和推力估算模塊連接電壓矢量選擇模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊和最小損耗控制模塊，最小損耗控制模塊連接磁鏈滯環(huán)比較模塊，PMSLM連接速度調(diào)節(jié)模塊。
2.如權(quán)利要求1所述基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1 推導(dǎo)PMSLM的數(shù)學(xué)模型電壓方程為
全文摘要
基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機(jī)最小損耗控制系統(tǒng)級(jí)方法，包括速度調(diào)節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊、永磁同步直線電機(jī)PMSLM和最小損耗控制模塊?？刂品椒ㄍ茖?dǎo)PMSLM數(shù)學(xué)模型；推導(dǎo)并建立PMSLM和逆變器損耗模型，得出損耗最小時(shí)初級(jí)磁鏈表達(dá)式；將初級(jí)磁鏈表達(dá)式作為系統(tǒng)中初級(jí)磁鏈給定參考值；利用反電勢(shì)積分法估算PMSLM運(yùn)行中實(shí)際初級(jí)磁鏈值；對(duì)電磁推力進(jìn)行估算；選擇最優(yōu)的電壓矢量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PMSLM系統(tǒng)最小損耗控制。這種控制策略的目標(biāo)是控制整個(gè)系統(tǒng)的損耗最小，為實(shí)現(xiàn)PMSLM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效率運(yùn)行提供了理論基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102427325SQ20111033521
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者崔皆凡, 李林, 潘龍玉, 閆紅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)