[發明專利]一種水下航行器的多永磁同步電機的控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 202110632918.8
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113452287B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 杜昭平;于中奇;王偉然;李建禎;伍雪冬
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02P6/04
• 分類號: H02P6/04;H02P6/34;H02P6/182;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發明公開了一種水下航行器的多永磁同步電機的控制系統，包括：轉子磁鏈識別模塊、虛擬主機建立模塊、控制權重值計算模塊、負轉矩檢測模塊、控制電路計算模塊、加權磁場定向控制模塊、單變頻器驅動模塊；轉子磁鏈識別模塊接永磁同步電機；轉子磁鏈識別模塊分別與負轉矩檢測模塊、控制電流計算模塊連接；虛擬主機建立模塊接永磁同步電機；虛擬主機建立模塊與控制權重計算模塊連接；負轉矩檢測模塊、控制權重計算模塊與控制電流計算模塊連接；控制電流計算模塊與加權磁場定向控制模塊連接；加權磁場定向控制模塊與單變頻器驅動模塊連接；單變頻器驅動模塊與永磁同步電機連接。本發明的單變頻器驅動多臺永磁同步電機的控制模型，能使電機趨于穩定。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機技術領域，具體涉及一種水下航行器的多永磁同步電機的控制系統及控制方法。

背景技術

隨著陸地上不可再生資源的日益減少，海洋資源的開發利用受到世界各國的廣泛關注。作為海洋資源利用和開發的載體，水下航行器的應用有助于海底地貌和海洋資源的勘查、海洋水文環境參數測量、以及海洋生物資源的勘測。水下航行器是一種水下無人駕駛航行設備，具有體積小、操縱靈活、遠距離遙控、能長時間在高危環境下工作等特點，在軍事、搜集海底數據、勘探深海油氣、采集海洋生物信息等諸多領域都具有極其重要的意義。水下航行器與船舶、潛艇、水面無人船不同，其體積較小、內部空間有限，自身攜帶的能量較小，因此需要專門設計高效的電力推進系統。

單變頻器驅動多電機系統，僅需要一臺變頻器就可以驅動多臺電動機，此外在一定程度上可以實現差異調速，與單變頻器驅動單電機系統相比，優勢在于其系統的元器件少、用于電流變頻的技術設備重量輕、系統的結構相對緊密，以及降低了系統成本。該系統一般應用于軌道交通領域，提高了軌道交通電機驅動的工作效率，由于軌道交通自身存在固有軌道的限制，只能在單個自由度進行運行即前進和后退兩步，并不能實現自由轉向功能，轉向角度也不能確定，因此，針對具體工況時得考慮到轉向問題，而對于多個自由度的設備來說也是十分必要的。使用鋰電池的水下航行器作為一個多自由度的設備，不利于長期水下不間斷工作，其需要定期充電或更換電池，為解決續航問題，也出現采用新型能源的水下航行器，如采用燃料電池、飛輪儲能、甚至于未來有可能出現的超小型核反應堆。這類采用新型能源的水下航行器不同于使用鋰電池的水下航行器，其能源供給為交流電，因此必定需要逆變器。由單變頻器驅動多永磁同步電機的水下航行器，在水下進行轉向時多電機存在一定的轉速差；此外當水下航行器在水下正常航行時，由于外界水流的干擾，也會造成左右推進器存在負載不平衡。這種突變負載會導致單變頻器控制的多電機轉速差、轉矩差不恒定，嚴重時會影響系統平衡，使得船體偏離預設航線。在這種采用新型能源的水下航行器使用本發明所述的單變頻器驅動多電機系統，能夠有效利用有限的內部空間，改善多推進電機系統在突變負載不均衡情況下的動態性能，起到穩定航線的作用，同時可以提高推進效率。

發明內容

本發明提供了一種水下航行器的多永磁同步電機的控制方法及控制系統，以解決現有技術中對水下航行器的多永磁同步電機在轉速突變時的控制方法簡單、控制響應速度慢、控制精度低的技術問題。

本發明提供了一種水下航行器的多永磁同步電機的控制方法，包括如下步驟：

當永磁同步電機轉速出現突變時，對永磁同步電機進行調控，具體步驟如下：

步驟1：建立用于確定虛擬主電機轉速、轉矩的權函數；

步驟2：同時將多個永磁同步電機的轉速、轉矩分別作為權函數的輸入，權函數的輸出虛擬主電機的轉速、轉矩，將所有永磁同步電機作為從電機；

步驟3：每臺從電機的轉速、轉矩與主電機的轉速、轉矩的占比，分別根據占比確定從電機的轉速和轉矩分量，將從電機的轉速和轉矩的分量進行加權，加權值作為從電機的控制權重值；

步驟4：將控制權重值作為系數，與各從電機的實際轉速相乘，結果作為各從電機對應的差值轉速；