本發(fā)明涉及電氣傳動技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。

背景技術(shù)：

定子永磁型記憶電機(jī)是一類將電樞繞組和鋁鎳鈷永磁放置于定子上的新型磁通可變永磁電機(jī)。與轉(zhuǎn)子永磁型記憶電機(jī)相比，該拓?fù)洳粌H便于對電樞繞組和鋁鎳鈷永磁進(jìn)行冷卻降溫，而且通過在額外的調(diào)磁繞組中施加調(diào)磁脈沖來改變鋁鎳鈷的磁化狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)氣隙磁場的控制，進(jìn)而拓寬了電機(jī)的恒功率速度范圍。另外，既無電樞繞組又無永磁的凸極轉(zhuǎn)子適合高速運(yùn)行。目前對定子永磁型記憶電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究主要采用矢量控制方法，但該方法存在以下缺點(diǎn)

(1)在不同的磁化狀態(tài)下，電機(jī)的參數(shù)不同，因而會影響電機(jī)的控制性能，甚至使電機(jī)失穩(wěn)；

(2)為了實(shí)現(xiàn)矢量控制，需要旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，但這增大了系統(tǒng)的運(yùn)算處理過程，降低了速度和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)永磁體的磁化狀態(tài)，選取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1個永磁磁鏈，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根據(jù)直流母線電壓udc、額定相電流in、第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感l(wèi)q(j)和永磁磁鏈ψpm(ifj)計(jì)算轉(zhuǎn)速ωej,然后將所述永磁磁鏈ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速ωe0、ωe1……ωe(k-1)、ωek存儲于速度-永磁磁鏈表中；其中，if為調(diào)磁脈沖；

s2：當(dāng)給定轉(zhuǎn)速滿足通過比較滑膜永磁磁鏈觀測器觀測的永磁磁鏈ψpmo(if)和轉(zhuǎn)速ωej對應(yīng)的永磁磁鏈ψpm(ifj)判斷永磁的調(diào)磁過程，具體包括以下步驟：

s2.11：如果ψpmo(if)小于ψpm(ifj)，則施加正向調(diào)磁脈沖使ψpmo(if)達(dá)到ψpm(ifj)，此時，調(diào)磁脈沖給定值為：

式(1)中，為充磁曲線；

s2.12：如果ψpmo(if)等于ψpm(ifj)，則不施加調(diào)磁脈沖；

s2.13：如果ψpmo(if)大于ψpm(ifj)，則施加反向調(diào)磁脈沖使ψpmo(if)達(dá)到ψpm(ifj)，此時，調(diào)磁脈沖給定值為：

式(2)中，為去磁曲線；

s3：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ωe與給定轉(zhuǎn)速的偏差經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器得到的信號作為轉(zhuǎn)矩給定值當(dāng)調(diào)磁脈沖消失后，根據(jù)定子永磁性記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式te1計(jì)算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的交軸電流iq，并令轉(zhuǎn)矩給定值等于te1；所述的轉(zhuǎn)矩te1表達(dá)式為：

te1＝1.5p(ψpmo(if))iq(3)

式(3)中，p為極對數(shù)；

s4：通過式(4)計(jì)算得到定子永磁型記憶電機(jī)的定子磁鏈給定值

式(4)中，lq(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感；

s5：檢測定子永磁型記憶電機(jī)的相電流和相電壓，得到檢測值，然后根據(jù)檢測值計(jì)算定子永磁型記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值te和定子磁鏈實(shí)際值ψs；

s6：根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩實(shí)際值te的差以及定子磁鏈給定值與定子磁鏈實(shí)際值ψs的差，查詢開關(guān)表控制三相逆變器，同時根據(jù)步驟s2中的調(diào)磁脈沖給定值控制調(diào)磁變換器。

進(jìn)一步，所述步驟s2.11中，步驟s2.13中，

進(jìn)一步，所述步驟s2中，滑膜永磁磁鏈觀測器觀測永磁磁鏈ψpmo(if)的過程如下：

s2.21：當(dāng)調(diào)磁脈沖消失后，定子永磁型記憶電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下以α軸電流iα和β軸電流iβ為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程為：

記

則式(5)簡寫為：

式(5)中，rs(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的定子相電阻，ld(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的直軸電感，lq(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感，uα為α軸電壓，uβ為β軸電壓，eα＝[-(ld(j)-lq(j))(iαωej-diβ)]sin(θ)，eα＝[(ld(j)-lq(j))(iαωej-diβ)]cos(θ)，θ為相電流轉(zhuǎn)角；

s2.22：采用的滑膜永磁磁鏈觀測器如式(7)所示：

式(7)中，其中為α軸電流的觀測值，為β軸電流的觀測值，為觀測器的開關(guān)增益，k為常數(shù)，為符號函數(shù)；

s2.23：將式(7)減去式(6)得到iα和iβ偏差的狀態(tài)方程為：

式(8)中，

s2.24：選擇為滑膜超平面，且滑膜超平面s(x)滿足s(x)^tds(x)≤0，步驟s2.23中的偏差狀態(tài)方程是穩(wěn)定的；

s2.25：由步驟s2.24計(jì)算滿足偏差狀態(tài)方程的穩(wěn)定條件為：

k＞max(|eα|,|eβ|)(9)

s2.26：步驟s2.23的偏差狀態(tài)方程進(jìn)入滑動模態(tài)時，α軸電流iα和β軸電流iβ的偏差量滿足的條件為：

s2.27：將步驟s2.26的滑動模態(tài)條件代入到步驟s2.23的偏差狀態(tài)方程中，得到滑膜永磁磁鏈觀測器觀測的永磁磁鏈ψpmo(if)為：

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1)與矢量控制方法相比，定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法避免了復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變化，這簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。同時，該控制方法僅需兩個滯環(huán)控制器和一個速度調(diào)節(jié)器，因而磁化狀態(tài)所造成的電機(jī)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響較??；

2)在不同速度區(qū)域直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，拓寬了電機(jī)的調(diào)速范圍；

3)定子磁鏈給定值由負(fù)載和轉(zhuǎn)速實(shí)時計(jì)算得到，與直接給定定子磁鏈的傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法相比，該方法減少了電樞電流勵磁分量，降低了系統(tǒng)銅耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法的原理框圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中滑膜永磁磁鏈觀測器的控制框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開了一種定子永磁型記憶電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，如圖1所示，包括以下步驟：

s1：根據(jù)永磁體的磁化狀態(tài)，選取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1個永磁磁鏈，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k，并根據(jù)直流母線電壓udc、額定相電流in、第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感l(wèi)q(j)和永磁磁鏈ψpm(ifj)計(jì)算轉(zhuǎn)速ωej,然后將所述永磁磁鏈ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速ωe0、ωe1……ωe(k-1)、ωek存儲于速度-永磁磁鏈表中；其中，if為調(diào)磁脈沖；

s2：當(dāng)給定轉(zhuǎn)速滿足通過比較滑膜永磁磁鏈觀測器觀測的永磁磁鏈ψpmo(if)和轉(zhuǎn)速ωej對應(yīng)的永磁磁鏈ψpm(ifj)判斷永磁的調(diào)磁過程，具體包括以下步驟：

s2.11：如果ψpmo(if)小于ψpm(ifj)，則施加正向調(diào)磁脈沖使ψpmo(if)達(dá)到ψpm(ifj)，此時，調(diào)磁脈沖給定值為：

式(1)中，為充磁曲線；

s2.12：如果ψpmo(if)等于ψpm(ifj)，則不施加調(diào)磁脈沖；

s2.13：如果ψpmo(if)大于ψpm(ifj)，則施加反向調(diào)磁脈沖使ψpmo(if)達(dá)到ψpm(ifj)，此時，調(diào)磁脈沖給定值為：

式(2)中，為去磁曲線；

s3：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ωe與給定轉(zhuǎn)速的偏差經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器得到的信號作為轉(zhuǎn)矩給定值采集電機(jī)主電路相電壓ua、ub、uc和相電流ia、ib及調(diào)磁繞組的調(diào)磁脈沖if，相電壓經(jīng)clark變換可得兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓uα和β軸電壓uβ，相電流經(jīng)clark變換可得兩相靜止坐標(biāo)系下的α軸電流iα和β軸電流iβ，定子電壓uα和uβ、定子電流iα和iβ計(jì)算的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值te和定子磁鏈的實(shí)際值ψs為：

當(dāng)調(diào)磁脈沖消失后，根據(jù)定子永磁性記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式te1計(jì)算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的交軸電流iq，并令轉(zhuǎn)矩給定值等于te1；所述的轉(zhuǎn)矩te1表達(dá)式為：

te1＝1.5p(ψpmo(if))iq(4)

式(4)中，p為極對數(shù)；

s4：通過式(5)計(jì)算得到定子永磁型記憶電機(jī)的定子磁鏈給定值

式(5)中，lq(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感；

s5：檢測定子永磁型記憶電機(jī)的相電流和相電壓，得到檢測值，然后根據(jù)檢測值計(jì)算定子永磁型記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值te和定子磁鏈實(shí)際值ψs；

s6：根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩實(shí)際值te的差以及定子磁鏈給定值與定子磁鏈實(shí)際值ψs的差，查詢開關(guān)表控制三相逆變器，同時根據(jù)步驟s2中的調(diào)磁脈沖給定值控制調(diào)磁變換器。

步驟s2.11中，步驟s2.13中，

步驟s2中，滑膜永磁磁鏈觀測器觀測永磁磁鏈ψpmo(if)的過程如下：

s2.21：當(dāng)調(diào)磁脈沖消失后，定子永磁型記憶電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下以α軸電流iα和β軸電流iβ為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程為：

記

則式(6)簡寫為：

式(6)中，rs(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的定子相電阻，ld(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的直軸電感，lq(j)為電機(jī)在第j種磁化狀態(tài)時的交軸電感，uα為α軸電壓，uβ為β軸電壓，eα＝[-(ld(j)-lq(j))(iαωej-diβ)]sin(θ)，eα＝[(ld(j)-lq(j))(iαωej-diβ)]cos(θ)，θ為相電流轉(zhuǎn)角；

s2.22：采用的滑膜永磁磁鏈觀測器如式(8)所示：

式(8)中，其中為α軸電流的觀測值，為β軸電流的觀測值，為觀測器的開關(guān)增益，k為常數(shù)，為符號函數(shù)；

s2.23：將式(8)減去式(7)得到iα和iβ偏差的狀態(tài)方程為：

式(9)中，

s2.24：選擇為滑膜超平面，且滑膜超平面s(x)滿足s(x)^tds(x)≤0，步驟s2.23中的偏差狀態(tài)方程是穩(wěn)定的；

s2.25：由步驟s2.24計(jì)算滿足偏差狀態(tài)方程的穩(wěn)定條件為：

k＞max(|eα|,|eβ|)(10)

s2.26：步驟s2.23的偏差狀態(tài)方程進(jìn)入滑動模態(tài)時，α軸電流iα和β軸電流iβ的偏差量滿足的條件為：

s2.27：將步驟s2.26的滑動模態(tài)條件代入到步驟s2.23的偏差狀態(tài)方程中，得到滑膜永磁磁鏈觀測器觀測的永磁磁鏈ψpmo(if)為：

步驟s6中的開關(guān)表如下表表示：

表1開關(guān)表

表1中u0、u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7為三相逆變器的8種不同輸出電壓矢量,θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6為6個扇區(qū)。