一种记忆电机调磁转矩脉动抑制方法

1.本发明属于电机控制领域，特别是涉及一种记忆电机调磁转矩脉动抑制方法。


背景技术：

2.可变磁通记忆电机(variable flux memory machine,vfmm)利用低矫顽力永磁体的磁通可变性，通过施加充去磁电流脉冲，改变永磁体的磁化状态，相较于普通的永磁同步电机，其在高速弱磁区的励磁损耗几乎可以忽略不计，在电动汽车、风力发电及家用电器等领域具有广阔的应用前景。
3.交流调磁型记忆电机在线调磁需要施加d轴电流脉冲，当电机带负载运行时，会产生较大的转矩脉动，引起转速波动和增大噪声等问题，影响电机的控制性能和运行可靠性。
4.目前，常用的解决方法是在零速不带负载状态下进行调磁，然而这会大大降低记忆电机调磁的灵活性，限制记忆电机的应用。或者，从电磁转矩公式出发，以保持调磁瞬间电磁转矩恒定为目标，解耦得到q轴电流的给定值，然而调磁瞬间的d轴电流脉冲会使得电机电感和永磁磁链等参数改变，难以估计出较为准确的数值，因此基于电磁转矩公式的电流解耦方法也难以得到理想的结果。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种简单且能够有效抑制记忆电机调磁转矩脉动的方法。
6.技术方案：为解决上述问题，本发明提出了一种记忆电机调磁转矩脉动抑制方法，包括以下步骤：
7.s1、已知磁化状态、调磁指令、电感等参数，根据电机转矩方程计算调磁瞬间的q轴电流解耦分量作为电流控制器给定的前馈补偿电流；
8.s2、设计线性自抗扰转速控制器，以转速恒定为目标，输出q轴电流解耦分量
9.s3、依据上述s1和s2，可以得到调磁过程中q轴电流控制器的给定电流值为
10.s4、通过前馈补偿q轴参考电流，pi电流调节器快速响应，以抑制调磁转矩脉动。
11.进一步地，所述步骤s1中的由以下方式获取：
12.s1.1、测量不同磁化状态下的电机d、q轴电感l
d
和l
q
，磁链以及调磁所需要的电流，储存到控制器中；
13.s1.2、检测当前磁化状态，设置调磁指令对应的d轴参考电流；
14.s1.3、根据调磁指令，按照线性关系拟合调磁瞬间的永磁磁链ψ
pm
(i
d
)、dq轴电感差δl(i
d
)随d轴电流的变化关系，即
[0015][0016][0017]
其中，下标“1”表示调磁前的变量，下标“2”表示调磁后的变量，t
pluse
为d轴调磁电流从0变化至给定值的时间，δl＝l
d
‑
l
q
；
[0018]
s1.4、根据给定转矩、s1.3中的ψ
pm
(i
d
)和δl(i
d
)，以及调磁瞬间的d轴电流给定值i
d*
，代入转矩方程：
[0019][0020]
其中，t
e*
为电磁转矩给定，n
p
为转子极对数，计算得到q轴电流的解耦分量：
[0021]
进一步地，所述步骤s2中的由以下方式获取：
[0022]
s2.1、检测电机实际转速ω
m
；
[0023]
s2.2、电机的转矩方程(3)和运动方程：
[0024][0025]
式中，t
l
为负载转矩，b为摩擦系数，j为转动惯量；
[0026]
s2.3、根据式(3)和式(5)设计转速自抗扰控制器adrc，选取状态变量x1＝ω
m
，状态变量输入量输出量y＝ω。构建扩张状态观测器：
[0027][0028]
式中，观测量β1、β2为观测器误差系数；
[0029]
s2.4、设计速度控制器线性误差反馈控制律：
[0030][0031]
补偿扩张状态观测器估计的扰动值计算得到q轴解耦电流参考值：
[0032][0033]
有益效果：
[0034]
1、与查表法相比，不需要获取大量的表格数据，并且能够在表格数据不准确时仍
然具有较好的转矩脉动抑制效果；
[0035]
2、与基于观测器法的转矩脉动抑制方法相比，不需要复杂的观测器，算法简单，抗扰性好，而观测器法容易受到运行工况的影响。
附图说明
[0036]
图1是本发明记忆电机双闭环控制系统原理图；
[0037]
图2是本发明线性自抗扰转速控制器原理图；
[0038]
图3是本发明应用于记忆电机调磁的转矩脉动仿真波形图；
[0039]
图4是本发明pi速度调节器应用于记忆电机调磁的转矩脉动仿真波形图。
具体实施方案
[0040]
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的解释。
[0041]
图1是基于转速自抗扰控制器的记忆电机双闭环控制系统原理图，其中转速环采用本发明所设计的自抗扰和前馈电流解耦相结合的转速控制器，电流环采用pi电流控制器，转速环输出作为q轴pi电流控制器的给定，q轴电流前馈补偿以保证q轴电流环在调磁过程中快速响应，以抑制由于交叉耦合效应引起的转矩脉动。
[0042]
本发明对调磁过程中转矩脉动抑制的具体方法如下：
[0043]
s1、已知磁化状态、调磁指令、电感等参数，根据电机转矩方程计算调磁瞬间的q轴电流解耦分量作为电流控制器给定的前馈补偿电流，具体包括以下步骤：
[0044]
s1.1、测量不同磁化状态下的电机d、q轴电感l
d
和l
q
，磁链以及调磁所需要的电流，储存到控制器中；
[0045]
s1.2、检根据目标磁化状态，设置调磁指令对应的d轴参考电流；
[0046]
s1.3、根据调磁指令，采用线性插值拟合调磁瞬间的永磁磁链ψ
pm
(i
d
)、dq轴电感差δl(i
d
)随d轴电流的变化关系，即
[0047][0048][0049]
其中下标“1”表示调磁前的变量，下标“2”表示调磁后的变量，t
pulse
为d轴调磁电流从零变化至给定值的时间，δl＝l
d
‑
l
q
。
[0050]
s1.4、根据给定转矩、s1.3中的ψ
pm
(i
d
)和δl(i
d
)，以及调磁瞬间的d轴电流给定值i
d*
，代入转矩方程：
[0051][0052]
其中，t
e*
为电磁转矩给定，n
p
为转子极对数，计算得到q轴电流的解耦分量：
[0053]
s2、设计线性自抗扰转速控制器，如图2所示，以转速恒定为目标，输出q轴电流解耦分量具体包括如下步骤：
[0054]
s2.1、检测电机实际转速ω
m
；
[0055]
s2.2、电机的转矩方程(3)和运动方程：
[0056][0057]
式中，t
l
为负载转矩，b为摩擦系数，j为转动惯量。
[0058]
s2.3、根据式(3)和式(5)设计转速自抗扰控制器adrc，选取状态变量x1＝ω
m
，状态变量输入量输出量y＝ω。构建扩张状态观测器：
[0059][0060]
式中观测量β1、β2为观测器误差系数。
[0061]
s2.4、设计速度控制器线性误差反馈控制律：
[0062][0063]
补偿扩张状态观测器估计的扰动值计算得到q轴解耦电流参考值：
[0064][0065]
s3、依据上述s1和s2，可以得到调磁过程中q轴电流控制器的给定电流值为
[0066]
s4、通过前馈补偿q轴参考电流，pi电流调节器快速响应，以抑制调磁转矩脉动。
[0067]
将本发明方法应用到记忆电机调磁过程中，施加负载转矩为6n
·
m，在0.4975s时进行调磁，调磁时间为10ms，调磁转矩脉动的仿真波形如图3所示，输出转矩最小为2.69n
·
m，最大为7.95n
·
m；采用pi速度调节器的记忆电机调磁转矩脉动波形如图4所示，输出转矩最小为0.35n
·
m，最大为9.48n
·
m。从仿真结果可以看出，使用本发明方法可以有效地削弱调磁转矩脉动，转矩脉动从9.13n
·
m降至5.36n
·
m，削弱了41.3％，转矩脉动周期由20ms缩短至10ms。
[0068]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0069]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。