[发明专利]一种基于非线性动力学分析的永磁同步电机磁链优化方法

说明书

本发明公开了一种基于非线性动力学分析的永磁同步电机磁链优化方法，首先，建立永磁同步电机的数学模型，采用仿射变换法将永磁同步电机的数学模型进行转换，之后进行仿真，确定永磁同步电动机磁链范围，由于仿真后永磁同步电机数学模型在平衡点处稳定，即可得到永磁同步电动机磁链范围，再利用matlab仿真软件，得到仿真后永磁同步电机数学模型的李雅普诺夫指数谱，即可进一步缩小永磁同步电机磁链范围；最后搭建仿真后永磁同步电机数学模型，选取至少5种磁链值进行仿真，待磁通密度接近饱和时，得到最优的永磁同步电机的磁链值。使用本方法在进行电机设计时，能得到其最佳工作点处的磁链值，减少了设计成本。

技术领域

本发明属于非线性动力学技术领域，具体涉及一种基于非线性动力学分析的永磁同步电机磁链优化方法。

背景技术

与其它电机相比，永磁同步电动机的性能有了很大的提高，它具有体积小、重量轻、功率因数高、响应快、效率高、输出转矩大等优点。因此，永磁同步电动机的可靠性更高，已广泛应用于工业和高性能应用，包括工业驱动和电池电动车辆。近年来，其稳定性和可靠性的研究引起了人们的广泛关注，这是由于永磁同步电动机的稳定可靠运行是工业自动化生产中的一个重要问题。现有的研究表明，在一定的参数和工作条件下，永磁同步电机呈现出复杂的动态特性。一些特殊的动态行为的存在将严重影响永磁同步电动机运行的稳定性。主要表现为转矩和速度的间歇振荡、控制性能的不稳定性、系统的不规则电流噪声、以及异常的机电振荡，这将对电机造成极大的损害。然而，这种现象不能依靠传统的线性控制方法来抑制或消除。由于目前研究领域已经从线性稳态系统扩展到时变系统和非线性系统，稳定性分析变得越来越复杂。如果继续用线性分析理论研究这些问题，不仅精度差，而且还消除了本质特征。因此，非线性分析理论作为现代科学技术和工程学的基础理论越来越重要。因此，有必要利用非线性动力学行为对永磁同步电动机的机理进行有益的探讨。

永磁同步电机是利用永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，其性能受到永磁体的影响。此外，永磁体的选择将影响永磁同步电机设计的成本。在实现电性能指标的前提下，科学合理地设计永磁体尺寸是非常重要的，以降低制造成本，提高利用率。永磁是永磁同步电机的关键。一些学者利用智能优化算法对永磁体进行了设计，提高了整体设计的质量，但同时也存在缺陷，确定具体的目标函数非常复杂。利用非线性研究永磁同步电机磁链优化很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于非线性动力学分析的永磁同步电机磁链优化方法，能够在确保永磁同步电机的稳定性的基础上选择合适的磁链值。

本发明所采用的技术方案是，一种基于非线性动力学分析的永磁同步电机磁链优化方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，使用d-p坐标系用于分析，即定子与转子同步旋转，建立永磁同步电机的数学模型，如式(1)所示：

式(1)中，L_q为q轴定子电感；R为定子绕组电阻；i_q为q轴定子电流；n_p为极对数；L_d为d轴定子电感，且L_q＝L_d；ω为转子角速度，单位为rad/s；i_d为d轴定子电流；ψ_f为永磁体磁链，单位为Wb； u_q为q轴定子电压；u_d为d轴定子电压；J为转动惯量，单位为kg·m²； b为阻尼系数，单位为N·m·(rad/s)^-1；T_L为转矩，单位为N·m；

步骤2，经步骤1后，采用仿射变换法将永磁同步电机的数学模型进行转换，如式(6)所示：

式(6)中，

步骤3，对转换后的永磁同步电机的数学模型进行仿真；