一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法技术

本发明专利技术公开了一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，在不同的速度区间均使电机输出大转矩。该方法在低速区采用额定相电流和铝镍钴永磁饱和磁化状态下的永磁磁链作为大转矩输出条件产生大转矩输出。而在高速区根据铝镍钴永磁磁化状态的可调特性，采用类似于低速区的大转矩输出条件获得电机的大转矩输出，降低了电机参数对控制精度的影响，提升了系统控制的鲁棒性。

Large torque output control method of stator permanent magnet type memory motor

The invention discloses a large torque output control method of a stator permanent magnet type memory motor, which makes the motor output large torque at different speed intervals. In this method, permanent magnet flux with rated phase current and permanent magnetic saturation of aluminum, nickel and cobalt is used as a high torque output condition to produce large torque output in low speed region. In the high-speed region according to the adjustable characteristics of aluminum nickel cobalt permanent magnetic state, large torque output with high torque output conditions similar to the low velocity region to obtain the motor, reduce the motor parameters affect control precision and improve the robustness of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法
本专利技术涉及电气传动
，特别是涉及一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法。
技术介绍
由于具有高效率，高功率密度和高控制精度等优点，永磁同步电机被广泛应用于风力发电、电动汽车及家用电器等领域。然而，恒定的永磁体励磁使得电机气隙磁通不易调节，这限制了永磁同步电机的进一步应用。为了解决这一问题，研究者提出采用负的直轴电流控制方法或采用永磁体和励磁绕组进行混合励磁的混合励磁控制方法。这些方法拓展了永磁同步电机的恒功率工作范围，但在弱磁控制时需施加连续的弱磁电流，这增加了系统铜耗，降低了系统效率。2001年，研究者提出一种将具有低矫顽力和高剩磁特性的铝镍钴永磁作为励磁源的记忆电机。该电机通过采用调磁脉冲可直接改变铝镍钴的磁化状态，进而实现了电机气隙磁通的控制，并且在调磁过程中所产生的调磁铜耗几乎可以忽略。因而，记忆电机被认为是一种具有广泛应用前景的磁通可控永磁同步电机。但这种转子永磁型记忆电机存在以下不足：1)铝镍钴永磁和电枢绕组位置变化，这增加了调磁控制的难度；2)电机在高速运行时，为了防止位于转子上的铝镍钴永磁体离心，需增加额外的固定装置，这增加了电机安装的难度，提高了电机的成本；3)电机的电枢反应可能导致铝镍钴永磁发生不可逆去磁，不仅降低了电机控制精度，而且恶化了电机性能；4)为了改变铝镍钴永磁的磁化状态，所需调磁脉冲的幅值较大。因而，需要选择较大功率定额的功率器件，这增加了系统的成本。为了克服转子永磁型记忆电机的不足，学者提出了铝镍钴永磁位于定子上的定子永磁型记忆电机。由于在定子上增加了额外的调磁绕组，铝镍钴永磁和调磁绕组的位置固定，这简化了记忆电机的调磁控制。而且由于电枢绕组，调磁绕组和永磁体均位于定子上，转子结构简单，利于电机的高速运行。按照工作原理的不同，定子永磁型记忆电机可分为双凸极记忆电机和磁通切换记忆电机两种类型。目前，对于双凸极记忆电机，学者提出了该记忆电机的双模式工作及在单相短路故障下的容错控制。而对于磁通切换记忆电机，研究者提出了一种id＝0的分段永磁磁通控制。而对该类记忆电机大转矩输出控制的研究还未见诸报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够使电机在不同运行速度区间实现大转矩输出控制的方法。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，包括以下步骤：S1：基于额定转速nN，定子永磁型记忆电机在全速区可分为低速区和高速区，其中nN为铝镍钴永磁处于饱和磁化状态时所对应的转速；当给定转速n小于nN时，电机工作于低速区；当n大于nN时，电机工作于高速区；S2：计算得到在低速区实现大转矩输出的条件，如式(1)所示：式(1)中，为直轴电流参考值，为交轴电流参考值，为永磁磁链参考值，in为定子额定相电流，ψpm(ifk)为铝镍钴永磁饱和充磁状态时的永磁磁链，ifk为饱和调磁脉冲；S3：计算得到在高速区实现大转矩输出的条件，如式(2)所示：式(2)中，p为电机的极对数，Lq为交轴电感，usmax为最大定子相电压；S4：选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k；然后根据式(2)分别计算所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及对应的转速n0、n1……n(k-1)、nk，并将所计算的转速和永磁磁链关系存储于速度-永磁磁链表中；S5：当给定转速n满足n(j-1)＜n≤nj，步骤S3中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制的条件转换为S6：通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(if)和转速nj所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断步骤S2和步骤S5的调磁过程；其中，if调磁脉冲。进一步，所述步骤S3中，式(2)具体通过以下步骤得到：S3.11：在高速区，当调磁过程结束，且电机处于稳态时，定子永磁型记忆电机的电磁转矩Te如式(4)所示：Te＝1.5p(ψpm(if))iq(4)式(4)中，ψpm(if)永磁体永磁磁链，iq交轴电流；S3.12：定义目标函数为：f(ψpm(if),iq)＝-ψpm(if)iq(5)S3.13：上述目标函数需满足如下电压和电流约束条件：式(6)中，h1(ψpm(if),iq)为电流约束条件；h2(ψpm(if),iq)为电压约束条件；S3.14：根据式(5)和式(6)可定义拉格朗日函数F(ψpm(if),iq,λ1,λ2)为：F(ψpm(if),iq,λ1,λ2)＝f(ψpm(if),iq)+λ1h1(ψpm(if),iq)+λ2h2(ψpm(if),iq)(7)式(7)中，λ1为电流约束因子；λ2为电压约束因子；S3.15：式(7)分别对ψpm(if)、iq、λ1和λ2求偏导得：S3.16：求解式(8)可得定子永磁型记忆电机大转矩输出控制的条件如式(2)所示。进一步，所述步骤S6具体包括以下步骤：S6.11：如果ψpmo(if)小于ψpm(ifj)，则施加正向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，此时，调磁脉冲给定值的分配策略为：式(9)中，F1(ψpm(ifj))如式(10)所示：S6.12：如果ψpmo(if)等于ψpm(ifj)，调磁脉冲给定值的分配策略为：S6.13：如果ψpmo(if)大于ψpm(ifj)，则施加反向调磁脉冲使ψpmo(if)达到ψpm(ifj)，此时，调磁脉冲给定值的分配策略为：式(12)中，F2(ψpm(ifj))如式(13)所示：有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1)本专利技术方法在低速区和高速区时的大转矩输出条件受到电机参数的影响较小，鲁棒性强。2)本专利技术根据铝镍钴永磁磁化状态的可调特性，在高速区内采用类似于低速区的大转矩输出条件，同时避免频繁的调磁控制，甚至调磁失败。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法的不同永磁磁链时电压极限椭圆轨迹图；图2为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法控制框图；图3为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法速度仿真波形；图4为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法调磁脉冲仿真波形；图5为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法观测永磁磁链仿真波形；图6为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法转矩仿真波形；图7为本专利技术具体实施方式中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法电流仿真波形。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术的技术方案作进一步的介绍。本具体实施方式公开了一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，如图2所示，包括以下步骤：S1：基于额定转速nN，定子永磁型记忆电机在全速区可分为低速区和高速区，其中nN为铝镍钴永磁处于饱和磁化状态时所对应的转速；当给定转速n小于nN时，电机工作于低速区；当n大于nN时，电机工作于高速区；S2：计算得到在低速区实现大转矩输出的条件，如式(1)所示：式(1)中，为直轴电流参考值，为交轴电流参考值，为永磁磁链参考值，in为定子额定相电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：基于额定转速nN，定子永磁型记忆电机在全速区可分为低速区和高速区，其中nN为铝镍钴永磁处于饱和磁化状态时所对应的转速；当给定转速n小于nN时，电机工作于低速区；当n大于nN时，电机工作于高速区；S2：计算得到在低速区实现大转矩输出的条件，如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一种定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：基于额定转速nN，定子永磁型记忆电机在全速区可分为低速区和高速区，其中nN为铝镍钴永磁处于饱和磁化状态时所对应的转速；当给定转速n小于nN时，电机工作于低速区；当n大于nN时，电机工作于高速区；S2：计算得到在低速区实现大转矩输出的条件，如式(1)所示：式(1)中，为直轴电流参考值，为交轴电流参考值，为永磁磁链参考值，in为定子额定相电流，ψpm(ifk)为铝镍钴永磁饱和充磁状态时的永磁磁链，ifk为饱和调磁脉冲；S3：计算得到在高速区实现大转矩输出的条件，如式(2)所示：式(2)中，p为电机的极对数，Lq为交轴电感，usmax为最大定子相电压；S4：选取ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k+1个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1≤j≤k；然后根据式(2)分别计算所述永磁磁链ψpm(if0)、ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)及对应的转速n0、n1……n(k-1)、nk，并将所计算的转速和永磁磁链关系存储于速度-永磁磁链表中；S5：当给定转速n满足n(j-1)＜n≤nj，步骤S3中定子永磁型记忆电机大转矩输出控制的条件转换为S6：通过比较永磁磁链观测器观测的永磁磁链ψpmo(if)和转速nj所对应的永磁磁链ψpm(ifj)判断步骤S2和步骤S5的调磁过程；其中，if调磁脉冲。2.根据权利要求1所述的定子永磁型记忆电机大转矩输出控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，式(2)具体通过以下步骤得到：S3.11：在高速区，当调磁过程结束，且电机处于稳态时，定子永磁型记忆电机的电磁转矩Te如式(4)所示：Te＝1.5p(ψpm(if))iq(4)式(4)中，ψpm(if)永磁体永磁磁链，iq交轴电流；S3.12：定义目标函数为：f(ψpm(if),iq)＝-ψpm(if)iq(5)S3.13：上述目标函数需满足如下电压和电流约束条件：式(6)中，h1(ψpm(if),i...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明耀，杨公德，谭广颖，张贝贝，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32