一种非正弦反电动势表面式交流永磁电机矢量控制方法，属于交流永磁电机调速方法。该调速方法根据数值计算、实验或辨识得到的永磁磁链导数与电机动子电气角度的关系曲线，计算得出永磁磁链导数矢量幅值及相位与动子电气角度的关系曲线，以永磁磁链导数矢量方向为ｑ′轴建立ｄ′ｑ′轴坐标系，控制ｄ′轴电流为０，使电流矢量定向于永磁磁链导数矢量方向，结合数值计算、辨识或实验得到的齿槽力（或转矩）与电机动子电气角度的关系曲线，进行齿槽力（或转矩）补偿可以获得最大效率无纹波的推力（或转矩）控制。本发明专利技术解决了传统矢量控制方法由于永磁磁链谐波、齿槽效应等影响而存在的推力（或转矩）脉动现象，提供了一种非正弦波反电动势表面式交流永磁电机高性能调速方法，尤其适用于表面式交流永磁直线电机。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交流永磁电机调速方法，涉及一种非正弦反电动势表面式交 流永磁电机的最大效率无纹波推力(或转矩)矢量控制方法。该方法适用于 各种表面式交流永磁直线电机和旋转电机。
技术介绍
交流永磁电机是一种高性能、高效率的调速电机，主要应用于高控制精 度和高可靠性的场合，如航空航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽 车、计算机外围设备等。此外，在日常生活中，交流永磁电机也有越来越多 的应用，如家用空调器使用能无级调速的永磁无刷直流电动机，能根据室温 的变化自动调整到适宜的转速下长时间运转，减少噪声和振动，使人的感觉 更为舒适。交流永磁电机根据永磁体的安装形式，可以分为表面式、内置式两种， 根据反电动势波形，可以分为正弦波反电动势的永磁同步电机、梯形波反电 动势的无刷直流电机两种。永磁同步电机主要采用正弦波换向的矢量控制方 法，而无刷直流电机主要采用两相导通的控制方式。推力(或转矩)的脉动是影响交流永磁电机性能的关键因素，脉动主要 来源于电机的非理想结构(如齿槽、端部开断等)以及反电动势畸变。目前， 非正弦反电动势表面式交流永磁电机推力(或转矩)脉动控制的主要措施包 括电流波形优化控制方法、转矩控制方法。前者忽略了谐波对其矢量相位的影响，没有有效利用d轴分量，后者的低速性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决传统表面式交流永磁电机矢量控制方法由于永磁3磁链谐波、齿槽效应、端部效应影响存在的推力(或转矩)脉动问题，提供 了一种，该方法可获得无 纹波推力(或转矩)、最大效率控制，适用于表面式交流永磁直线电机和旋转 电机。本专利技术提供的，其步 骤包括第l步分别建立下述参数与动子电气角度《的关系曲线，各关系曲线 均以电机动子电气角度为横坐标，分别以参数为纵坐标，参数包括直线电机 齿槽力,cog^或旋转电机齿槽转矩^g^，永磁磁链导数矢量幅值G(《)，以及 永磁磁链导数矢量相位e;第2步检测电机速度，获取电机的速度反馈v，比较速度指令/和速度反馈v之间的偏差，再计算并输出直线电机推力指令^'或旋转电机转矩指令 r*;第3步根据检测得到的速度反馈v，计算求出动子电气角度《，再根 据第1步建立的关系曲线，获得与动子电气角度对应的直线电机齿槽力F。。g^ 或旋转电机齿槽转矩 ;。一g 、永磁磁链导数矢量幅值G(《)及相位e参数值；第4步建立d'q'轴坐标系，d'轴与永磁磁链导数矢量^v^/d《重合，其 中V^为电机静止坐标系ap的永磁磁链矢量，命fap/辨表示V^对《求导，q' 轴超前d'轴90度电气角度，且控制d'q'轴坐标系下的d'轴的电流矢量id, =0, 再利用式(I)计算d'q'轴坐标系下的q'轴的电流矢量iq.，<formula>formula see original document page 4</formula>式中，e为直线电机齿槽力/^^或旋转电机齿槽转矩r^ing，"为线电 机推力f'或旋转电机转矩r';第5步禾拥式(II )计算三相电流指令/二 ；<formula>formula see original document page 4</formula>第6步比较三相电流指令/:与实际的三相电流/。6￡;的差，采用滞环控 制方式，输出控制指令对电机电流进行控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在考虑了非正弦反电动势表 面式交流永磁电机的永磁磁链谐波对永磁磁链导数矢量的幅值及相位的影 响，通过引入d'q'轴坐标系提出了一种效率更高的id，=0的矢量控制新方法， 结合齿槽力(或转矩)前馈补偿可实现的非正弦反电动势表面式交流永磁电 机的最小推力(或转矩)纹波最大效率控制，尤其适合应用于交流永磁直线 电机的控制。附图说明图1是涉及的坐标系 示意图。图2是非正弦反电动势表面式交流永磁电机的三相永磁磁链曲线及其导 数曲线示意图；其中图2(a)为abc轴永磁磁链曲线，图2(b)为abc轴永磁磁 链导数曲线，图2(c)为^轴坐标系下的永磁磁链导数曲线，图2(d)为永磁磁 链导数矢量幅值曲线，图2(e)为永磁磁链导数矢量(即d'轴)与c/轴的相位 差变化曲线。图3是非正弦反电动势表面式交流永磁电机id.=0矢量控制的原理框图， 图中，G(《)为永磁磁链导数矢量幅值，v为速度反馈，/为速度指令，Z为 推力指令，r为极距，i^i吗为齿槽力，/d.q,=[fd, W为d'q'轴坐标系下的电流 矢量，/:为三相电流指令，/。^为实际三相电流值。图4是非正弦反电动势表面式交流永磁电机id，=0矢量控制的流程图。具体实施例方式在图1中，abc轴为电机三相坐标系，c^轴为电机静止坐标系，dq轴为电机同步旋转坐标系，v^为ap坐标系的永磁磁链矢量，《为电机动子电气 角度，即a轴与d轴的夹角，用于表示动子位置。命fap/辨表示 对《求导，称之为永磁磁链导数矢量。/。p为冲坐标系的电流矢量，/为^^A^与/ap的夹角，N，S分别为磁铁的北极和南极。本专利技术提出了异步旋转坐标系，即d'q' 轴，该坐标系的d'轴与永磁磁链导数矢量c^f。p/d《重合，q'轴超前d'轴90度 电气角度，d'轴与d轴间存在着周期变化的相位差，e为a轴与d'轴的夹角， 即永磁磁链导数矢量相位。在图2中，图2 (a)纵坐标为磁链，单位为韦伯；图2 (b)、图2 (c)、 图2 (d)纵坐标为磁链导数，单位为韦伯/度；图2 (e)纵坐标为d轴与d' 轴的夹角，单位为度；图2 (a) (e)的横坐标都为电机动子的电气角度， 单位为度。由图2(d)与图2(e)所示曲线可见永磁磁链导数矢量的幅值及相位 具有明显的周期性变化，这是本专利技术的关键所在。下面根据附图1和附图2，以表面式交流永磁直线电机数学模型为例，对的工作原理进行推导及说明，该原理同样适用于表面式交流永磁旋转电机。永磁直线电机的推力方程为;r r必 ；r r咖f m式中，上标T表示矩阵的转置；F为电磁力；/ = "为aP坐标系的电流矢量；#帥/辨=计算并输出推力指令F'，公式中t表示时间，^f(/)表示比例控制项，7;j;e(《)w表示积分控制项，7;善s(o表示微分控制项， 《p、 t;、 7;分别是预先设置的比例系数、积分时间常数、微分时间常数。 步骤3:由电机动子电气角度确定与之对应的参数值。根据附图3⑤，对动子的速度反馈v积分并乘以;r/r (f为极距)计算可 获得电机动子电气角度。根据步骤l建立的齿槽力(附图3①)、永磁磁链导 数矢量幅值(附图3②)、永磁磁链导数矢量相位(附图3③)与动子电气角 度的关系曲线，由计算获得的动子电气角度可以确定与之对应的齿槽力 尸cogging、永磁磁链导数矢量幅值G(《)及相位0参数值。步骤4:计算d'q'轴坐标系下的电流矢量iq.。 根据本专利技术的矢量控制原理，引入如附图1的d'q'轴坐标系，则d'q'轴坐标系下的电流矢量为^,q,- (12) 步骤6:电流检测及滞环电流控制。如附图⑧，通过检测三相电流/。&，比较三相电流指令/二与实际三相电 流/。&的差，采用滞环控制方式，直接输出6路开关指令，来实现对电流的 控制。对于表面式交流永磁旋转电机来说，只需要用交流永磁旋转电机齿槽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非正弦反电动势表面式交流永磁电机矢量控制方法，其步骤包括： 第１步：分别建立下述参数与动子电气角度θ↓［ｅ］的关系曲线，各关系曲线均以电机动子电气角度为横坐标，分别以参数为纵坐标，参数包括直线电机齿槽力Ｆ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］或旋转电机齿槽转矩Ｔ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］，永磁磁链导数矢量幅值Ｇ（θ↓［ｅ］），以及永磁磁链导数矢量相位θ； 第２步：检测电机速度，获取电机的速度反馈ｖ，比较速度指令ｖ↑［＊］和速度反馈ｖ之间的偏差，再计算并输出直线电机推力指令Ｆ↑［＊］或旋转电机转矩指令Ｔ↑［＊］； 第３步：根据检测得到的速度反馈ｖ，计算求出动子电气角度θ↓［ｅ］，再根据第１步建立的关系曲线，获得与动子电气角度对应的直线电机齿槽力Ｆ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］或旋转电机齿槽转矩Ｔ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］、永磁磁链导数矢量幅值Ｇ（θ↓［ｅ］）及相位θ参数值； 第４步：建立ｄ′ｑ′轴坐标系，ｄ′轴与永磁磁链导数矢量ｄψ↓［ｆαβ］／ｄθ↓［ｅ］重合，其中ψ↓［ｆαβ］为电机静止坐标系αβ的永磁磁链矢量，ｄψ↓［ｆαβ］／ｄθ↓［ｅ］表示ψ↓［ｆαβ］对θ↓［ｅ］求导；ｑ′轴超前ｄ′轴９０度电气角度，且控制ｄ′ｑ′轴坐标系下的ｄ′轴的电流矢量ｉ↓［ｄ′］＝０，再利用式（Ⅰ）计算ｄ′ｑ′轴坐标系下的ｑ′轴的电流矢量ｉ↓［ｑ′］ ｉ↓［ｑ′］＝Ｑ↑［＊］τ／１．５πＧ（θ↓［ｅ］）－Ｑ 式（Ⅰ） 式中，Ｑ为直线电机齿槽力Ｆ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］或旋转电机齿槽转矩Ｔ↓［ｃｏｇｇｉｎｇ］，Ｑ↑［＊］为线电机推力Ｆ↑［＊］或旋转电机转矩Ｔ↑［＊］； 第５步：利用式（Ⅱ）计算三相电流指令Ｉ↓［ａｂｃ］↑［＊］；Ｉ↓［ａｂｃ］↑［＊］＝ｉ↓［ｑ′］［－ｓｉｎθ－ｓｉｎ（θ－２π／３）－ｓｉｎ（θ＋２π／３）］↑［Ｔ］ 式（Ⅱ） 第６步：比较三相电流指令Ｉ↓［ａｂｃ］↑［＊］与实际的三相电流Ｉ↓［ａｂｃ］的差，采用滞环控制方式，输出控制指令对电机电流进行控制。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，曾理湛，罗欣，李小清，刘巍，方昉，朱襟成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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