[发明专利]可变磁通记忆电机无差拍直接转矩-磁链控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种可变磁通记忆电机无差拍直接转矩‑磁链控制系统及方法，系统由可变磁通记忆电机、逆变器、信号检测模块、观测器、速度控制器、磁链优选控制器、转矩‑磁链控制器几部分组成；本发明基于无差拍直接转矩‑磁链控制策略，设计了适用于可变磁通记忆电机的磁链优选算法和状态参数观测器，稳态过程实现无差拍跟踪控制，并根据工况需要输出按照预定轨迹变化的d轴磁链脉冲信号来实时调节气隙磁链，调磁方法无需通过电流矢量间接计算，调磁过程直接快速；本发明使得无差拍直接转矩‑磁链控制方法能够运用于可变磁通记忆电机，该控制系统同时兼顾了响应快、转矩脉动小的运行性能和优良的调磁性能。

技术领域

本发明涉及电气传动领域，具体的是可变磁通记忆电机无差拍直接转矩-磁链控制系统及方法。

背景技术

近年来，可变磁通记忆电机(Variable Flux MemoryMachine,VFMM)以其方便的调磁特性，在电动汽车应用等领域展现出了较好的前景，引起了国内外学者的研究重视。VFMM通过施加瞬时退磁(Demagnetizing Manipulation,DMM)或增磁(Re-magnetizingmanipulation,RMM)电流脉冲来改变低矫顽力(Low Coercive Force,LCF)永磁材料的磁化水平，从而实现电机气隙磁场的在线调节。相比传统永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Machine,PMSM)通过施加连续负向d轴电流来抵消永磁磁链的弱磁方法，VFMM的调磁损耗大大减小，从而保证电机可以在较宽的恒功率速度区域(Constant PowerSpeed Range,CPSR)内高效率运行。

目前，VFMM采用的控制策略通常采用矢量控制，该控制算法简单但存在转矩响应慢的问题。直接转矩控制可以提高转矩响应，但其同时带来了转矩纹波较大、逆变器开关频率不固定等问题。无差拍直接转矩-磁链(Deadbeat Direct Torque and Flux Control,DB-DTFC)控制是一种较好的改进策略，其取消了比例微分环节，具有恒定开关频率，可以在一个采样周期内消除电磁转矩和定子磁链误差。因此，无差拍直接转矩-磁链控制策略可以同时获得较好的稳态和动态性能。由于可变磁通记忆电机的磁化状态可调，因此现有技术均未涉及如何设计基于无差拍直接转矩-磁链控制算法的在线调磁策略。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供可变磁通记忆电机无差拍直接转矩-磁链控制系统及方法，本发明实现电机电磁转矩和定子磁链无差拍控制与在线调磁的协同配合，从而使可变磁通记忆电机在发挥调磁性能优势的同时具有良好的稳态和动态性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

可变磁通记忆电机无差拍直接转矩-磁链控制系统，包括：

可变磁通记忆电机：控制系统的被控对象；

逆变器：根据控制信号调节可变磁通记忆电机的电压；

信号检测模块：获取电机电角速度ω_r，同步旋转坐标系下定子d/q轴电压和电流在当前控制周期的值和

观测器：根据所述和得到下一控制周期的d/q轴电流预测值和磁链预测值并计算得到下一周期的电磁转矩预测值

速度控制器：根据所述ω_r与给定电角速度值的差值利用PI调节器得到当前控制周期的电磁转矩给定值并将其与所述计算出电磁转矩偏差值ΔT_e(k)；

磁链优选控制器：根据磁链观测器的观测值、电磁转矩给定值和电机实际角速度ω_r综合确定电机磁化状态，进而确定同步旋转坐标系下定子d/q轴磁链给定值

所述磁链优选控制器包括磁化状态选择器和磁化状态控制器；