CN111585489B - 一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法 - Google Patents

一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，采用鲁棒性较强的电压偏差调节获得不同速度区间内调速所需的弱磁电流，避免了电机参数和直流母线电压变化对弱磁参考电流的影响。利用转速给定获得对应速度区间的永磁磁链，通过转速给定变化方向确定磁化状态调节方向。与基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机电流控制方法相比，本发明进一步提高电机速度范围，增强电机转矩输出能力。

Description

一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制 方法
技术领域
本发明涉及电气传动技术领域，特别是一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法。
背景技术
采用永磁磁链观测器和不采用永磁磁链观测器均可实现定子永磁型记忆电机在不同转速区间增磁或去磁的磁化状态调节。与基于永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机电流控制策略相比，基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机电流控制策略具有易于实现、鲁棒性强和避免了频繁磁化状态调节甚至磁化状态调节失败等优点。但现有技术在不同的速度区间内均采用id＝0控制，降低了直流母线电压的利用率和电机的输出性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，能够进一步提高电机速度范围，增强电机转矩输出能力。
本发明采用以下方案实现：一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1＜j≤k，并计算与所述永磁磁链ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)对应的转速n1……n(k-1)、nk，其中，ifj为第j种磁化状态的调磁脉冲；
步骤S2：根据施加的直轴电流id确定对应ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)k个永磁磁链的扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk；
步骤S3：将步骤S1和S2中的转速n1……n(k-1)、nk和扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk构成速度区间：0～n1、n1～n11、n11～n2……nk～nkk；
步骤S4：通过转速给定n*和其前一时刻的转速给定n**确定速度变化方向；若n*＞n**，方向设定为-1；若n*＜n**，方向设定为1；若n*＝n**，方向设定为0；
步骤S5：依据转速给定n*满足的速度区间，确定n*所对应永磁磁链ψpm(ifj)*，并基于ψpm(ifj)*获取其前一时刻的永磁磁链ψpm(ifj)**(1≤j≤k)，其中，1≤j≤k；
步骤S6：基于转速给定n*、步骤S4中的转速给定变化方向和步骤S5中的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，确定永磁体的调磁过程。
进一步地，步骤S6包括以下情形：
情形一：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**仍位于(0,n1]；根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000021
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000022
和调磁脉冲电流给定值
Figure BDA0002529817670000023
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000024
式中，p为电机极对数；
情形二：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000025
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000026
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000027
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000028
式中，n为电机实际转速，Ld1第1种磁化状态时的直轴电感；
情形三：转速给定n*位于(0,n1]，化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000031
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000032
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000033
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000034
式中，Mf为电枢绕组和励磁绕组互感，F1(ψpm(ifj))如式(4)所示：
Figure BDA0002529817670000035
情形四：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000036
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000037
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000038
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000039
式中，Ldj为第j种磁化状态时的直轴电感，Lq1为第1种磁化状态时的交轴电感，Lqj为第j种磁化状态时的交轴电感，iN为额定电枢电流，ismax为最大电枢电流，
Figure BDA00025298176700000310
为限定弱磁电流。
进一步地，步骤S6还包括以下情形：
情形五：转速给定n*位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000311
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000312
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700000313
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000041
情形六：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000042
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000043
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000044
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000045
情形七：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，并根据速度调节器输出的电磁转矩Te计算交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000046
根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000047
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000048
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000049
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700000410
情形八：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000411
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000412
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700000413
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000051
式中，F2(ψpm(ifj))如式(10)所示：
Figure BDA0002529817670000052
情形九：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000053
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000054
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000055
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000056
进一步地，步骤S6还包括以下情形：
情形十：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000057
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000058
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000059
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700000510
情形十一：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000061
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000062
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000063
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000064
式中，if1为正向最大脉冲电流，也即第一种磁化状态所对应的调磁脉冲电流。
情形十二：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000065
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000066
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000067
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000068
情形十三：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000069
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000610
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700000611
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700000612
情形十四：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000613
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000614
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000071
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000072
情形十五：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000073
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000074
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000075
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000076
进一步地，步骤S6还包括以下情形：
情形十六：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000077
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000078
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000079
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700000710
情形十七：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000711
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000712
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000081
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000082
情形十八：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000083
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000084
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000085
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000086
情形十九：转速给定n*位于(nj,njj]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000087
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000088
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000089
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700000810
情形二十：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间内，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000811
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700000812
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700000813
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000091
情形二十一：转速给定n*位于(nj,njj]，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000092
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000093
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000094
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000095
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、在一定的直流母线电压下，电机具有更宽的调速范围。
2、在一定的直流母线电压下，电机具有更高的转矩输出能力。
附图说明
图1为本发明实施例的原理框图。
图2为本发明实施例的性能仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1＜j≤k，并计算与所述永磁磁链ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)对应的转速n1……n(k-1)、nk，其中，ifj为第j种磁化状态的调磁脉冲；
步骤S2：根据施加的直轴电流id确定对应ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)k个永磁磁链的扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk；
步骤S3：将步骤S1和S2中的转速n1……n(k-1)、nk和扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk构成速度区间：0～n1、n1～n11、n11～n2……nk～nkk；
步骤S4：通过转速给定n*和其前一时刻的转速给定n**确定速度变化方向；若n*＞n**，方向设定为-1；若n*＜n**，方向设定为1；若n*＝n**，方向设定为0；
步骤S5：依据转速给定n*满足的速度区间，确定n*所对应永磁磁链ψpm(ifj)*，并基于ψpm(ifj)*获取其前一时刻的永磁磁链ψpm(ifj)**(1≤j≤k)，其中，1≤j≤k；
步骤S6：基于转速给定n*、步骤S4中的转速给定变化方向和步骤S5中的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，确定永磁体的调磁过程。
在本实施例中，步骤S1中，第j种磁化状态的永磁磁链ψpm(ifj)所对应的转速nj的计算具体为：根据直流母线电压Udc、额定相电流In、第j种磁化状态时的交轴电感Lq(j)和永磁磁链ψpm(ifj)计算转速nj，其计算公式如下：。
Figure BDA0002529817670000111
在本实施例中，步骤S2中，第j种磁化状态的永磁磁链ψpm(ifj)所对应的扩展转速(njj)的计算具体为：
Figure BDA0002529817670000112
式中idmax为最大弱磁电流，
在本实施例中，步骤S6包括以下情形：
情形一：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**仍位于(0,n1]；根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000113
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000114
和调磁脉冲电流给定值
Figure BDA0002529817670000115
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000116
式中，p为电机极对数；
情形二：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000117
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000118
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000119
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001110
式中，n为电机实际转速，Ld1第1种磁化状态时的直轴电感；
情形三：转速给定n*位于(0,n1]，化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000121
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000122
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000123
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000124
式中，Mf为电枢绕组和励磁绕组互感，F1(ψpm(ifj))如式(4)所示：
Figure BDA0002529817670000125
情形四：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000126
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000127
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000128
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000129
式中，Ldj为第j种磁化状态时的直轴电感，Lq1为第1种磁化状态时的交轴电感，Lqj为第j种磁化状态时的交轴电感，iN为额定电枢电流，ismax为最大电枢电流，
Figure BDA00025298176700001210
为限定弱磁电流。
在本实施例中，步骤S6还包括以下情形：
情形五：转速给定n*位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000131
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000132
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000133
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000134
情形六：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000135
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000136
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000137
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000138
情形七：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，并根据速度调节器输出的电磁转矩Te计算交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000139
根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001310
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001311
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700001312
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001313
情形八：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001314
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001315
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700001316
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000141
式中，F2(ψpm(ifj))如式(10)所示：
Figure BDA0002529817670000142
情形九：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000143
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000144
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000145
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000146
在本实施例中，步骤S6还包括以下情形：
情形十：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000147
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000148
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000149
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001410
情形十一：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000151
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000152
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000153
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000154
式中，if1为正向最大脉冲电流，也即，第一种磁化状态所对应的调磁脉冲电流。
情形十二：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000155
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000156
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000157
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000158
情形十三：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000159
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001510
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700001511
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001512
情形十四：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001513
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001514
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000161
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000162
情形十五：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j＜k，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000163
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000164
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000165
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000166
在本实施例中，步骤S6还包括以下情形：
情形十六：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000167
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000168
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000169
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001610
情形十七：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001611
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001612
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000171
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000172
情形十八：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000173
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000174
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000175
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000176
情形十九：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000177
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000178
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000179
的分配策略为：
Figure BDA00025298176700001710
情形二十：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间内，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001711
交轴电流给定值
Figure BDA00025298176700001712
和调磁脉冲给定值
Figure BDA00025298176700001713
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000181
情形二十一：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j＜k，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，根据相应的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000182
交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000183
和调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000184
的分配策略为：
Figure BDA0002529817670000185
在本实施例中，电磁转矩Te的计算具体为：将电机的实际转速n与给定转速n*比较厚得到转速偏差信号，将该偏差信号送入速度调节器，并将得到的信号作为转矩给定Te。
其中，采用编码器采集电机位置信号，将其处理后可得到电机的实际转速n和转子位置角θ。采集电机主电路相电流ia和ib及调磁脉冲if，其中相电流经abc/dq变换可得两相旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq。
在本实施例中，还包括以下步骤：
步骤S7：将步骤S6获得的直轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000186
和交轴电流给定值
Figure BDA0002529817670000187
与直轴电流id和交轴电流iq比较后经电流调节器得到直轴电压ud和交轴电压uq；
步骤S8：将直轴电压ud和交轴电压uq经dq/αβ变换得到两相静止坐标系下α轴电压uα和β轴电压uβ，将uα和uβ及直流母线电压Udc输入到空间矢量脉冲宽度调制单元(SVPWM)，将其运算输出的六路脉冲调制信号驱动三相逆变器中的功率管；同时，将采集的调磁脉冲电流if与步骤S6所得的调磁脉冲给定值
Figure BDA0002529817670000191
一起送入PWM生成模块生成PWM信号，并用以驱动调磁变换器中的功率管；其中所述三相逆变器用以给定子永磁型记忆电机提供三相电流，所述调磁变换器用以向定子永磁型记忆电机提供调磁脉冲电流if。其中，本实施例中的调磁变换器采用H-桥变换器。
本实施例的基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，采用鲁棒性较强的电压偏差调节获得不同速度区间内调速所需的弱磁电流，避免了电机参数和直流母线电压变化对弱磁参考电流的影响。利用转速给定获得对应速度区间的永磁磁链，通过转速给定变化方向确定磁化状态调节方向。与基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机电流控制方法相比，本发明进一步提高电机速度范围，增强电机转矩输出能力。
具体的，本实施例令负载转矩给定为1N·m，在速度给定突变过程中，图2为采用基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法仿真性能。电机转速给定如图2中的(a)所示，对应永磁磁链给定如图2中的(b)所示。永磁磁链初始值设定为0.0677Wb，初始转速给定位于[0,750]r/min速度区间内，无需施加脉冲电流。在0.6s时，转速给定上升到1000r/min，由转速给定所处速度区间和转速给定变化方向，需施加幅值为48A的反向脉冲电流。在1.2s时，转速给定降到800r/min，由转速给定所处的速度区间和转速给定变化方向，需施加幅值为58A的正向脉冲电流使电机处于饱和充磁状态。在转速给定变化过程中，相应速度、脉冲电流、电磁转矩及直轴和交轴电流变化分别如图2中的(c)、(d)、(e)和(f)所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据永磁体的磁化状态，选取ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)共k个永磁磁链，且ψpm(if(j-1))＞ψpm(ifj)，1＜j≤k，并计算与所述永磁磁链ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)对应的转速n1……n(k-1)、nk，其中，ifj为第j种磁化状态的调磁脉冲；
步骤S2：根据施加的直轴电流id确定对应ψpm(if1)……ψpm(if(k-1))、ψpm(ifk)k个永磁磁链的扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk；
步骤S2中，第j种磁化状态的永磁磁链ψpm(ifj)所对应的扩展转速njj的计算具体为：
Figure FDA0003224850960000011
式中idmax为最大弱磁电流，Udc为直流母线电压，In为额定相电流，Lq(j)为第j种磁化状态时的交轴电感，ψpm(ifj)为第j种磁化状态时的永磁磁链；
步骤S3：将步骤S1和S2中的转速n1……n(k-1)、nk和扩展转速n11、n12…n(k-1)(k-1)、nkk构成速度区间：0～n1、n1～n11、n11～n2……nk～nkk；
步骤S4：通过转速给定n*和其变化后转速给定n**确定速度变化方向；若n*＞n**，n**不在n*所属的速度区间，方向设定为1；若n*＜n**，n**不在n*所属的速度区间，方向设定为-1；若n**在n*所属的速度区间，方向设定为0；
步骤S5：依据转速给定n*满足的速度区间，确定n*所对应永磁磁链ψpm(ifj)*，并基于ψpm(ifj)*获取转速变化后的永磁磁链ψpm(ifj)**，其中，1≤j≤k；
步骤S6：基于转速给定n*、步骤S4中的转速给定变化方向和步骤S5中的永磁磁链ψpm(ifj)*和ψpm(ifj)**，确定永磁体的调磁过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S6包括以下情形：
情形一：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**仍位于(0,n1]，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**与ψpm(if1)*相同，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000021
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000022
和调磁脉冲电流给定值
Figure FDA0003224850960000023
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000024
式中，p为电机极对数；
情形二：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**与ψpm(if1)*相同，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000025
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000026
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000027
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000028
式中，n为电机实际转速，Ld1第1种磁化状态时的直轴电感；
情形三：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000212
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000029
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000210
的分配策略为：
Figure FDA00032248509600000211
式中，Mf为电枢绕组和励磁绕组互感，F1(ψpm(ifj))如式(4)所示：
Figure FDA0003224850960000031
情形四：转速给定n*位于(0,n1]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000032
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000033
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000034
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000035
式中，Ldj为第j种磁化状态时的直轴电感，Lq1为第1种磁化状态时的交轴电感，Lqj为第j种磁化状态时的交轴电感，iN为额定电枢电流，ismax为最大电枢电流，
Figure FDA0003224850960000036
为限定弱磁电流。
3.根据权利要求2所述的基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S6还包括以下情形：
情形五：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(0,n1]，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**与ψpm(if1)*相同，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000037
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000038
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000039
的分配策略为：
Figure FDA00032248509600000310
情形六：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**与ψpm(if1)*相同，此时，直轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000311
交轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000312
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000313
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000041
情形七：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000042
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000043
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000044
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000045
式中，F2(ψpm(ifj))如式(9)所示：
Figure FDA0003224850960000046
情形八：转速给定n*位于(n1,n11]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000047
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000048
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000049
的分配策略为：
Figure FDA00032248509600000410
4.根据权利要求2所述的基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S6还包括以下情形：
情形九：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，转速方向设定为1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000051
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000052
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000053
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000054
式中，if1为正向最大脉冲电流；
情形十：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，转速方向设定为1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000055
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000056
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000057
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000058
情形十一：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000059
交轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000510
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000511
的分配策略为：
Figure FDA00032248509600000512
情形十二：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，变化后转速给定n**位于(nj,njj]，1＜j≤k，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000061
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000062
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000063
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000064
情形十三：转速给定n*位于(n(j-1)(j-1),nj]，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if(j+1))**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000065
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000066
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000067
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000068
5.根据权利要求2所述的基于无永磁磁链观测器的定子永磁型记忆电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S6还包括以下情形：
情形十四：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(0,n1]，转速方向设定为1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000069
交轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000610
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000611
的分配策略为：
Figure FDA00032248509600000612
情形十五：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于(n1,n11]，转速方向设定为1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if1)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000613
交轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000614
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000615
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000071
情形十六：转速给定n*位于(nj,njj]，变化后转速给定n**位于(n(j-1)(j-1),nj]，1＜j≤k，转速方向设定为1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000072
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000073
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000074
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000075
情形十七：转速给定n*位于(nj,njj]，1＜j≤k，变化后转速给定n**位于n*所在的速度区间，转速方向设定为0，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(ifj)**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000076
交轴电流给定值
Figure FDA0003224850960000077
和调磁脉冲给定值
Figure FDA0003224850960000078
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000079
情形十八：转速给定n*位于(nj,njj]，变化后转速给定n**位于(njj,n(j+1)]，1＜j＜k，转速方向设定为-1，变化后转速给定n**对应的永磁磁链ψpm(if(j+1))**，此时，直轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000710
交轴电流给定值
Figure FDA00032248509600000711
和调磁脉冲给定值
Figure FDA00032248509600000712
的分配策略为：
Figure FDA0003224850960000081
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