一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法技术

本发明专利技术提供一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，包括：通过有限元方法计算记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果；基于有限元计算得到的交直轴电感结果及电机调磁特性，建立电感参数随电流变化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机数学模型及MATLAB/Simulink模型；判断电机工作区域，将矢量控制与调磁控制结合，根据电枢绕组调磁型记忆电机全速域下最优效率分布结果选择最优磁化状态调磁。本发明专利技术通过与有限元结合的方法计算出电感磁链等动态参数，并计算了全速域下永磁体不同磁化程度最优效率分布，将调磁控制与传统矢量控制结合，实现记忆电机全速域效率最优控制，减小了调磁次数，提高电机效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法


[0001]本专利技术涉及电机与控制
，具体而言，尤其涉及一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法。

技术介绍

[0002]随着现代化工业的发展和自动化程度的提升，许多电动汽车代替传统燃油汽车走进人们的生活。作为电动汽车驱动系统的重要组成部分，记忆电机作为一种气隙磁场灵活调节的新型电机，不仅保留了传统永磁同步电机的高功率/转矩密度、高可靠性等优点，还有着调速范围宽，效率高等优点。电枢绕组调磁型记忆电机永磁体多采用AlNiCo等低矫顽力永磁体，可以在电枢绕组中施加脉冲电流改变电机磁化状态从而实现气隙磁场调节，进一步提升电机调速范围和运行效率。
[0003]由于电枢绕组调磁型记忆电机电枢绕组同时承载电枢电流和一个较大的调磁电流，在线调磁与驱动协调控制上存在着困难。因此，如何针对电枢绕组调磁型记忆电机进行精确成功的调磁，降低调磁损耗是目前的研究热点。
[0004]目前关于电枢绕组调磁型记忆电机控制策略的研究仍处于初级阶段，关于电枢绕组调磁型记忆电机驱动与调磁协调控制及降低调磁损耗等研究仍在探索中。除此之外，传统电机控制算法认为电机的交直轴电感、永磁磁链等参数值固定，然而在运行过程中由于磁路饱和作用，电机电感参数会发生变化，尤其对于记忆电机来说，施加脉冲电流的瞬间会对电感变化产生较大影响，传统的弱磁区效率最优控制算法基于永磁同步电机的数学模型，其磁链电感等参数是固定的，因而计算出的电流轨迹并不准确。记忆电机由于其气隙磁密可调的特性，相比于传统永磁同步电机具有更宽的调速范围和更高的效率。电枢绕组调磁型记忆电机驱动与调磁控制均需利用电枢绕组，在线调磁较为困难，多次调磁会造成较大损耗。且传统电机在建模和控制算法应用时将磁链、电感参数设置为固定值，而实际交轴电感，直轴电感等参数会随着电机铁心饱和程度而发生改变，使其在准确性上存在一些不足。

技术实现思路

[0005]根据上述提出电枢绕组调磁型记忆电机全速域下无法准确实现效率最优控制的技术问题，提供一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法。本专利技术使用有限元法分别计算出不同磁化状态下记忆电机全速域下的效率图，与传统矢量控制相结合，提供了一种效率最优磁化状态选择的方法。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，包括：
[0008]通过有限元方法计算记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果；
[0009]基于有限元计算得到的交直轴电感结果及电机调磁特性，建立电感参数随电流变
化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机数学模型及MATLAB/Simulink模型；
[0010]判断电机工作区域，将矢量控制与调磁控制结合，根据电枢绕组调磁型记忆电机全速域下最优效率分布结果选择最优磁化状态调磁。
[0011]进一步地，所述通过有限元方法计算记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果，具体包括：
[0012]使用有限元法，通过JMAG电感仿真计算工具对电枢绕组调磁型记忆电机电感参数进行有限元仿真计算，得到不同工况下的d轴电感值L
d
、q轴电感值L
q
；
[0013]在记忆电机有限元模型的电枢绕组中施加直轴电流，并将交轴电流置零，进行充去磁仿真实验，拟合出记忆电机磁链与电流的关系特性曲线，表达式如下：
[0014][0015][0016]选取100％、75％、50％三种不同永磁体的磁化状态，通过有限元分别计算最大功率控制下转矩—转速曲线并绘制效率分布图。
[0017]进一步地，所述基于有限元计算得到的交直轴电感结果及电机调磁特性，建立电感参数随电流变化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机数学模型及MATLAB/Simulink模型，具体包括：
[0018]建立d
‑
q坐标系下电枢绕组调磁型记忆电机数学模型，电枢绕组调磁型记忆电机在同步旋转坐标系下的电压方程表示为：
[0019][0020]磁链方程可表示为：
[0021][0022]将磁链方程带入电压方程，可得：
[0023][0024]其中，μ为永磁体磁化倍数，增磁状态下AlNiCo永磁体饱和磁化状态运行，μ值取1；
[0025]电枢绕组调磁型记忆电机电磁转矩方程为：
[0026][0027]电枢绕组调磁型记忆电机机械运动方程为：
[0028][0029]根据建立的电枢绕组调磁型记忆电机数学模型，结合磁链电感有限元分析数据，建立记忆电机MATLAB/Simulink模型。
[0030]进一步地，所述记忆电机MATLAB/Simulink模型包括电压电流计算模块、电磁转矩模块、机械角速度模块和变磁通模块，其中：
[0031]将得到的不同工况下的d轴电感值L
d
、q轴电感值L
q
与交直轴电流关系记录为二维数据查询表，将电感数据仿真数据存储于电机转矩输出模块中，将拟合出的永磁体磁链与充磁电流和去磁电流关系式存储于变磁通模块中。
[0032]进一步地，所述判断电机工作区域，将矢量控制与调磁控制结合，根据电枢绕组调磁型记忆电机全速域下最优效率分布结果选择最优磁化状态调磁，具体包括：
[0033]将电机转速区域分为恒转矩的低速区和恒功率的高速区，其中，恒转矩的低速区采用MTPA控制，恒功率的高速区采用弱磁和调磁结合控制，并以效率最优原则制定全速域下电机调磁控制策略。
[0034]进一步地，所述效率最优原则为：
[0035]不同磁化程度下电机的运行范围会有互相重叠的部分，若有多个不同的磁化状态均能实现该转矩
‑
转速工作点，则全速域下效率最优控制运行至该点时需选择的磁化状态应使该点效率最高。
[0036]进一步地，所述全速域下电机调磁控制策略为：
[0037]当电机在不同的转速转矩状态下运行时，通过调磁控制来选择记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果中使效率最高的磁化状态，从而减小电机损耗，拓宽记忆电机调速范围。
[0038]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0039]1、本专利技术提供的电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，通过将传统矢量控制与有限元结合的方法，按照有限元仿真给出的不同工况点的最优效率进行调磁控制，调整磁化状态，使电机在每个工况点都工作在效率最优的磁化状态下，实现了电枢绕组调磁型记忆电机全速域下效率最优控制，减小了调磁次数，提高电机效率。
[0040]2、本专利技术提供的电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，利用有限元仿真得到的电感，磁链等数据建立了电感动态变化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机模型，解决了传统的电机使用固定参数值计算存在的效率最优控制电流轨迹不准确的问题。
[0041]基于上述理由本专利技术可在电机与控制等领域广泛推广。
附图说明
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，其特征在于，包括：通过有限元方法计算记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果；基于有限元计算得到的交直轴电感结果及电机调磁特性，建立电感参数随电流变化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机数学模型及MATLAB/Simulink模型；判断电机工作区域，将矢量控制与调磁控制结合，根据电枢绕组调磁型记忆电机全速域下最优效率分布结果选择最优磁化状态调磁。2.根据权利要求1所述的电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，其特征在于，所述通过有限元方法计算记忆电机磁链、电感特性和记忆电机在全速域下最优效率分布结果，具体包括：使用有限元法，通过JMAG电感仿真计算工具对电枢绕组调磁型记忆电机电感参数进行有限元仿真计算，得到不同工况下的d轴电感值L
d
、q轴电感值L
q
；在记忆电机有限元模型的电枢绕组中施加直轴电流，并将交轴电流置零，进行充去磁仿真实验，拟合出记忆电机磁链与电流的关系特性曲线，表达式如下：仿真实验，拟合出记忆电机磁链与电流的关系特性曲线，表达式如下：选取100％、75％、50％三种不同永磁体的磁化状态，通过有限元分别计算最大功率控制下转矩—转速曲线并绘制效率分布图。3.根据权利要求1所述的电枢绕组调磁型记忆电机效率最优控制方法，其特征在于，所述基于有限元计算得到的交直轴电感结果及电机调磁特性，建立电感参数随电流变化的高精度电枢绕组调磁型记忆电机数学模型及MATLAB/Simulink模型，具体包括：建立d
‑
q坐标系下电枢绕组调磁型记忆电机数学模型，电枢绕组调磁型记忆电机在同步旋转坐标系下的电压方程表示为：磁链方程可表示为：将磁链方程带入电压方程，可得：
其中，μ为永磁体磁化倍数，增磁状态下AlNiCo永磁体饱和磁化状态运行，μ值取1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书宽，刘宇玲，王发琛，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：