一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法技术

本发明专利技术公开一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法，属于直线电机领域。本发明专利技术通过动子给定速度与实际速度做差并经过PI控制器，得到下一个控制周期期望初级磁链矢量和永磁磁链矢量之间夹角的期望值，然后与动子位置角度以及每个控制周期永磁磁链矢量位置变化角度一起输入到初级磁链预测模块，得到在静止α

【技术实现步骤摘要】
一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法


[0001]本专利技术涉及一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法,属于直线电机领域。

技术介绍

[0002]随着工业应用的发展，直线电机广泛运用在工厂生产线、磁悬浮列车等高速、高精度控制装置中。在直线驱动场合，相比于旋转电机，直线电机结构简单、惯性较小、响应速度快，能直接产生直线推力，效率高且施工成本低。
[0003]目前直线电机高性能的控制方法一般分为矢量控制和直接推力控制，矢量控制具有良好的稳态性能，但动态性能受到电流环的影响。与矢量控制相比，直接推力控制没有电流环，具有良好的参数鲁棒性、简单的结构和快速的动态性能。然而，直接推力控制的直线永磁电机驱动系统由于采用滞环控制器，电磁推力和初级磁链磁链具有较大的脉动，进而影响稳态性能。
[0004]中国专利公开号CN106961231A，公开了一种基于抗饱和PI(比例积分)控制器和占空比调制的直线永磁电机直接推力控制方法，该方法通过抗饱和PI(比例积分)控制器输出给定推力，然后通过估算的磁链和推力与给定值的差值来计算占空比和选择有效电压矢量，该方法在一定程度上可以减小磁链和推力的脉动。中国专利公开号CN110601631A，公开了一种基于占空比调制的磁通切换型永磁直线电机直接推力控制方法，该方法通过磁链、推力的估算值和给定值之间的差值计算占空比，并选择有效的电压矢量；通过逆变器实现一个周期内同时采用非零矢量和零矢量，从而更稳定地控制电机运行，该方法可以有效减小电机的推力和磁链波动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
[0005]文献《Direct thrust control of complementary and modular linear flux
‑
switching permanent magnet motor(互补式模块化直线磁通切换永磁电机的直接推力控制)》(2017 20th International Conference on Electrical Machines and Systems中文名：2017年第20届电机与系统国际会议(ICEMS)，2017,pp.1
‑
4,doi:10.1109/ICEMS.2017.8056498，L.Zhang,R.Cao and N.Jiang)研究了基于空间电压矢量调制的直接推力控制，该方法使用PI(比例积分)控制器代替滞环控制器实现推力闭环，然后通过空间电压矢量调制实现推力和磁链的控制，该方法继承了传统直线推力控制可以快速控制推力的优点，同时有效减小直线电机的推力和磁链脉动。
[0006]这些直线永磁电机直接推力控制方法都是通过空间电压矢量法或者改进空间电压矢量的选择方法来改善基于滞环控制的传统直接推力控制方法的电磁推力和初级磁链脉动大的问题，但是这些控制算法中推力计算环节和推力闭环仍然存在，使得系统结构复杂性没有降低，但却增加了参数调试难度。

技术实现思路

[0007]针对现有技术上存在的不足，本专利技术提出了一种无推力闭环的空间矢量法直线永
磁电机推力控制方法，在继承传统直接推力控制方法中无电流闭环的优点的基础上，无需推力计算模块和推力闭环，只需要获得期望初级磁链矢量，包括幅值和相位，然后通过空间矢量调制精确计算得到相应的电压矢量，作用到直线永磁电机上就可实现电磁推力的快速平稳控制，且初级磁链和推力脉动小。同时，本专利技术的方法简单易于实现，参数调试难度低，不需要增加硬件设施投入且软件负担低，适合进行规模化推广应用。
[0008]与旋转永磁电机直接转矩控制相似，直线永磁电机可以进行直接推力控制，直线永磁电机的电磁推力表达式可以写为其中，为初级磁链相对于永磁磁链的速度，是初级磁链和永磁磁链在上一个控制周期的夹角值，|ψ
s
|是初级磁链幅值，ψ
PM
是永磁磁链的幅值，L
q
是初级绕组电感的q轴分量，τ
s
是极距。考虑在0
°
～90
°
的范围内，角度和其正弦值近似成正比，那么从上述电磁推力表达式可以发现，在直线永磁电机电动状态下，保持初级磁链的幅值恒定的情况下，想要快速准确的控制电磁推力，可以通过控制初级磁链相对于永磁磁链的速度或者每个控制周期初级磁链和永磁磁链的夹角来实现。
[0009]本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：
[0010]一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1，采用光栅尺得到直线永磁电机动子位置对应的角度∠1和动子实际速度，将动子给定速度与动子实际速度做差，得到速度误差信号，将所述速度误差信号送入PI(比例积分)调节器，得到下一个控制周期期望初级磁链矢量和永磁磁链矢量之间夹角的期望值∠2；
[0012]步骤2，将动子实际速度先乘以速度系数X得到速度对应的电角速度ω，然后所述电角速度ω乘以控制周期T
s
，得到每个控制周期永磁磁链矢量位置变化对应角度∠3，其中，τ
s
为极距；
[0013]步骤3，将上述步骤1中的∠1、∠2和上述步骤2中的∠3输入到初级磁链预测模块，得到在静止α
‑
β坐标系下的期望初级磁链，即α轴期望初级磁链分量和β轴期望初级磁链分量
[0014]步骤4，采用电压传感器检测所述直线永磁电机在静止a
‑
b
‑
c坐标系下的三相初级电压，即A相u
a
，B相u
b
和C相u
c
；然后进行磁势不变的3s/2s坐标变换得到在静止α
‑
β坐标系下的初级电压，即α轴初级电压分量u
α
和β轴初级电压分量u
β
；采用电流传感器检测所述直线永磁电机在静止a
‑
b
‑
c坐标系下的三相初级电流，即A相i
a
，B相i
b
和C相i
c
；然后进行磁势不变的3s/2s坐标变换得到在静止α
‑
β坐标系下的初级电流，即α轴初级电流分量i
α
和β轴初级电流分量i
β
；
[0015]步骤5，将上述步骤3和步骤4中得到的所述α轴初级电压分量u
α
、β轴初级电压分量u
β
、α轴初级电流分量i
α
和β轴初级电流分量i
β
输入到初级磁链计算模块，计算得到在静止α
‑
β坐标系下的初级磁链，即α轴初级磁链分量ψ
sα
和β轴初级磁链分量ψ
sβ
；所述初级磁链计算模块中的计算公式如下，其中u
α
和u
β
分别是α轴初级电压分量和β轴初级电压分量，i
α
和i
β
分别是α轴初级电流分量和β轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，采用光栅尺得到直线永磁电机动子位置对应的角度∠1和动子实际速度，将动子给定速度与动子实际速度做差，得到速度误差信号，将所述速度误差信号送入PI调节器，得到下一个控制周期期望初级磁链矢量和永磁磁链矢量之间夹角的期望值∠2；步骤2，将动子实际速度先乘以速度系数X得到速度对应的电角速度，然后所述电角速度乘以控制周期T
s
，得到每个控制周期永磁磁链矢量位置变化对应角度∠3，其中，τ
s
为极距；步骤3，将上述步骤1中的∠1、∠2和上述步骤2中的∠3输入到初级磁链预测模块，得到在静止α
‑
β坐标系下的期望初级磁链，即α轴期望初级磁链分量和β轴期望初级磁链分量步骤4，采用电压传感器检测所述直线永磁电机在静止a
‑
b
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c坐标系下的三相初级电压，即A相u
a
，B相u
b
和C相u
c
；然后进行磁势不变的3s/2s坐标变换得到在静止α
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β坐标系下的初级电压，即α轴初级电压分量u
α
和β轴初级电压分量u
β
；采用电流传感器检测所述直线永磁电机在静止a
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b
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c坐标系下的三相初级电流，即A相i
a
，B相i
b
和C相i
c
；然后进行磁势不变的3s/2s坐标变换得到在静止α
‑
β坐标系下的初级电流，即α轴初级电流分量i
α
和β轴初级电流分量i
β
；步骤5，将上述步骤3和步骤4中得到的所述α轴初级电压分量u
α
、β轴初级电压分量u
β
、α轴初级电流分量i
α
和β轴初级电流分量i
β
输入到初级磁链计算模块，计算得到在静止α
‑
β坐标系下的初级磁链，即α轴初级磁链分量ψ
sα
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【专利技术属性】
技术研发人员：郝雯娟，刘慧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学金城学院，
类型：发明
国别省市：