[发明专利]混合转子双定子同步电机转矩解耦矢量的控制系统及方法

说明书

本发明涉及混合转子双定子同步电机转矩解耦矢量的控制系统及方法，通过双旋转坐标变换将双定子绕组电流矢量统一到磁阻转子同步旋转坐标系，结合混合转子双定子同步电机电压、电流方程，再通过转矩解耦矢量控制方法控制定子绕组d轴电流实现内外电机电磁转矩的解耦。本发明解决了定子串联结构的混合转子双定子同步电机不能独立控制内外电机电磁转矩的问题。

技术领域

本发明属于双定子低速大转矩电机矢量控制技术领域，具体涉及一种双定子串联结构的混合转子同步电机控制系统及转矩解耦矢量控制方法。

背景技术

低速大转矩驱动系统广泛应用于电梯、电动车辆、重型机床、船舶、冶金和航空航天等领域，其中以直驱式永磁同步电机作为驱动系统的低速大转矩驱动系统与传统采用电机——减速机结构的驱动系统相比具有体积小、噪音低、效率高、维护成本低等优点，非常适合应用于高耗能机电一体化领域。

为了充分利用低速大转矩直驱永磁同步电机较大的内腔空间，提高转矩密度，有学者提出了双定子结构的电机及其控制方法，目前国内外学者主要针对的研究对象大多为内外电机不同极对数的双电子电机，控制策略多为采用两套逆变器独立控制两套定子绕组，虽然可以独立控制内外电机电磁转矩，但会导致系统结构复杂，硬件成本较高。

如果将双定子电机的转子设计为相同极对数且在中间加入隔磁环，就可将内外电机的磁路解耦，而且由于内外电机极对数相同，内外定子绕组电流频率相同，即可采用单个逆变器驱动双定子电机，降低了系统的复杂度，减少了硬件成本。由于双定子电机转子为磁阻/永磁混合结构，导致内外电机类型不同，且内外电机设计功率不同，无法采用现有控制方法独立控制该种双定子电机的内外电机输出功率。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种双定子串联结构的混合转子同步电机控制系统及转矩解耦矢量控制方法，其目的是解决定子串联结构的混合转子双定子同步电机不能独立控制内外电机电磁转矩的问题。

技术方案：

混合转子双定子同步电机转矩解耦矢量的控制系统，参考转速发生器输出端与位置与速度传感器的转速输出端均与转速PI调节器的输入端连接，转速PI调节器的输出端与磁阻dq坐标系d轴电流控制器的输入端连接，转速PI调节器的输出端和Park坐标变换模块的q轴输出端均与电流PI控制器的q轴输入端连接，磁阻dq坐标系d轴电流控制器的输出端与Park坐标变换模块的d轴输出端均与电流PI控制器的d轴输入端连接，电流PI控制器的d轴输出端、电流PI控制器q轴输出端、速度传感器的转子电角度信号输出端均与反Park变换器的输入端连接，反Park变换器的输出端与电压调制器的输入端连接，电压调制器的输出端与混合转子双定子同步电机输入端连接，混合转子双定子同步电机的输出端分别与位置与速度传感器的输入端和Clark坐标变换模块的输入端连接。

混合转子双定子同步电机结构为，混合转子双定子同步电机的外定子和内定子之间设有永磁/磁阻混合转子，永磁/磁阻混合转子外侧永磁体部分采用表贴式隐极结构，永磁/磁阻混合转子内侧磁阻部分采用磁障式转子结构，永磁/磁阻混合转子中间有隔磁环。

该系统中电压调制器采用空间矢量脉宽调制算法；位置与速度传感器采用机械速度传感器；磁阻dq坐标系d轴电流控制器采用双定子串联结构的混合转子同步电机转矩解耦矢量控制原理搭建。

一种混合转子双定子同步电机转矩解耦矢量的控制系统的控制方法，该控制系统的步骤为：

1)参考转速发生器输出的电机参考转速n*与位置与速度传感器的转速信号n作差，其差值信号通过转速PI控制器转化为转矩电流参考值i_q2^*，转矩电流参考值i_q2^*经过磁阻dq坐标系d轴电流控制器的磁阻dq坐标系d轴电流模型得到磁阻dq坐标系d轴电流参考值i_d2^*；