[發明專利]可變磁通記憶電機無差拍直接轉矩-磁鏈控制系統及方法

有效

• 申請號: 202011061294.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112234894B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 林鶴云;王偉;陽輝;呂舒康;劉威
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/14;H02P25/08;H02P27/08
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 王依

1.可變磁通記憶電機無差拍直接轉矩-磁鏈控制系統，其特征在于，包括：

可變磁通記憶電機：控制系統的被控對象；

逆變器：根據控制信號調節可變磁通記憶電機的電壓；

信號檢測模塊：獲取電機電角速度ω_r，同步旋轉坐標系下定子d/q軸電壓和電流在當前控制周期的值和

觀測器：根據所述和得到下一控制周期的d/q軸電流預測值和磁鏈預測值并計算得到下一周期的電磁轉矩預測值

速度控制器：根據所述ω_r與給定電角速度值的差值利用PI調節器得到當前控制周期的電磁轉矩給定值并將其與所述計算出電磁轉矩偏差值ΔT_e(k)；

磁鏈優選控制器：根據磁鏈觀測器的觀測值、電磁轉矩給定值和電機實際角速度ω_r綜合確定電機磁化狀態，進而確定同步旋轉坐標系下定子d/q軸磁鏈給定值

所述磁鏈優選控制器包括磁化狀態選擇器和磁化狀態控制器；

磁化狀態選擇器根據電機角速度ω_r(k)和轉矩判斷工作狀態，包括默認額定狀態、增磁狀態和退磁狀態，上述三種狀態下的參考定子磁鏈值分別輸出磁化狀態控制器比較參考定子磁鏈值和觀測器得到的預測值根據兩者誤差判斷是否需要磁化狀態調節；

當小于時，需要進行退磁操作，利用d軸磁鏈比例積分(PI)控制器使d軸調磁脈沖磁鏈沿著d/q軸磁鏈平面上的恒轉矩軌跡負方向變化，實現將永磁磁鏈從當前額定狀態時的永磁磁鏈λ_pm0減小到退磁狀態時的永磁磁鏈λ_{pm_DM}并在此過程中維持轉矩恒定，增磁過程類似，即當大于時，d軸磁鏈沿著平面上的恒轉矩軌跡正方向變化，實現將永磁磁鏈從λ_pm0增加到增磁狀態時的永磁磁鏈λ_{pm_MM}并在此過程中維持轉矩恒定；

當調磁過程結束后，與誤差消除，切除d軸磁鏈PI調節器；

磁化狀態控制器輸出磁鏈與滿足最大轉矩/磁鏈比(MTPF)約束條件的穩態d軸磁鏈相加后得到最終d軸定子磁鏈該值與滿足MTPF約束條件的復合后得到定子給定磁鏈作為無差拍直接轉矩-磁鏈控制器的給定值；

轉矩-磁鏈控制器：包括無差拍直接轉矩-磁鏈控制器、坐標變換環節和電壓空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)環節，其中無差拍直接轉矩-磁鏈控制器以電磁轉矩偏差值ΔT_e(k)、定子d/q軸磁鏈給定值定子d/q軸磁鏈預測值作為輸入信號計算得到同步旋轉坐標系下d/q軸定子電壓并經坐標變換環節變換為靜止坐標系下的定子電壓后利用SVPWM環節變換為逆變器所需的三相控制信號，從而實現轉矩、定子磁鏈當前周期給定值和下一控制周期預測值間無差拍跟蹤控制；

定義當前控制周期為第k個控制周期，下一個控制周期為第k+1個控制周期，采樣周期為T_s。

2.如權利要求1所述系統的可變磁通記憶電機無差拍直接轉矩-磁鏈控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、電機在某一磁化狀態下穩態運行，實現電磁轉矩和定子磁鏈的無差拍跟蹤控制；

S2、電機需要退磁時，通過所述的磁鏈優選控制器按照預定退磁軌跡給出d軸磁鏈短時負向脈沖實現退磁；

S3、電機需要增磁時，通過所述的磁鏈優選控制器按照預定增磁軌跡給出d軸磁鏈短時正向脈沖實現增磁。

3.根據權利要求2所述的可變磁通記憶電機無差拍直接轉矩-磁鏈控制方法，其特征在于，所述S2具體包括：

S2.1、電機進行退磁操作

當需要退磁時，記退磁指令時刻為t_{_DM}，在退磁時間段[t_{_DM},t_{_DM}+Δt_{_DM}]內，磁鏈優選控制器的給定磁鏈輸出信號按照預定退磁軌跡變化，q軸磁鏈預測值作為給定值保持不變以維持退磁過程中的轉矩，d軸磁鏈預測值沿著預定退磁軌跡負方向減小并作為動態退磁給定值輸出；

S2.2、退磁過程完成

在t_{_DM}+Δt_{_DM}時刻，退磁過程完成，電機的電角速度ω_r、電磁轉矩與退磁后新的給定電角速度和給定電磁轉矩重新達到跟蹤穩態，此時返回S1，電機按照無差拍直接轉矩-磁鏈穩態控制策略運行。

4.根據權利要求2所述的可變磁通記憶電機無差拍直接轉矩-磁鏈控制方法，其特征在于，所述S3具體包括：

S3.1，電機進行增磁操作

當需要增磁時，記增磁指令時刻為t_{_RM}，在增磁時間段[t_{_RM},t_{_RM}+Δt_{_RM}]內，所述的磁鏈優選控制器的給定磁鏈輸出信號按照預定增磁軌跡變化，q軸磁鏈預測值作為給定值保持不變以維持增磁過程中的轉矩，d軸磁鏈預測值沿著預定增磁軌跡正方向增大并作為動態增磁給定值輸出；

S3.2，增磁過程完成

在t_{_RM}+Δt_{_RM}時刻，增磁過程完成，電機的電角速度ω_r、電磁轉矩與增磁后新的給定電角速度和給定電磁轉矩重新達到跟蹤穩態，此時返回S1，電機按照無差拍直接轉矩-磁鏈穩態控制策略運行。