[发明专利]永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统及方法

说明书

本公开提出了永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统及方法，包括：转速PI控制器，用于根据电机的转速，以及给定的目标转速，计算得到电磁转矩给定值；转矩最大化利用模块，用于根据给定电磁转矩，经标幺化处理，得到电磁转矩标幺值，再根据分段函数求得给定d、q轴电流值的标幺值，去标幺化处理得到d、q轴实际电流给定值。本公开所述的转矩最大化利用模块，可以根据所需转矩计算出所需的d、q轴电流，发挥出永磁聚磁式同步磁阻电机转矩密度大的优势。由其构成的转矩最大化利用控制系统适用于转矩密度需求高的场合。

技术领域

本公开属于电机驱动技术领域，尤其涉及永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，一种永磁聚磁式同步磁阻电机(PMC-SynRM)受到研究者的关注，相较于传统凸极式永磁电机，该电机通过非对称转子结构，使永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值在相同或相近电流相位角处叠加，达成了增加输出转矩的目的。其效果表现为在材料和尺寸一定的情况下，较传统永磁辅助式同步磁阻电机有更大的转矩密度。

该新型电机的拓扑结构会使转子主磁链矢量逆时针方向偏离每极中心线45°电角度，因此，按照凸极式永磁电机转子dq坐标定向规则(d轴定向在转子磁极中心线处，q轴定向在d轴逆时针方向旋转90°电角度的位置)进行定向，会产生d轴与转子主磁链矢量互差45°的现象，该现象在传统凸极式永磁电机中不会出现。因此，永磁聚磁式同步磁阻电机在该dq坐标系下会推导出与传统凸极式永磁电机不同的转矩方程。所以，需要根据该电机特点推导控制方程、设计控制系统与控制方法，而不是直接套用传统凸极式永磁电机的控制系统与控制方程。

因此，亟需一种适用于永磁聚磁式同步磁阻电机的转矩最大化利用控制系统及方法，能充分考虑电机永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值在相同或相近电流相位角处叠加的特点，即在该电流相位角处转矩密度最大，使控制系统电流激励的相位角始终跟踪上述转矩密度最大处的电流相位角，使电机始终保持最大转矩电流比输出，发挥该电机转矩密度大的优势，促进该电机系统的应用与推广。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，能够发挥该电机转矩密度大的优势，使电机在单位绕组电流下输出更大的转矩。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，包括：

转速PI控制器，用于根据电机的转速，以及给定的目标转速，计算得到电磁转矩给定值；

转矩最大化利用(PMCR-MTU)模块，用于根据给定电磁转矩，经标幺化处理，得到电磁转矩标幺值，再根据分段函数求得给定d、q轴电流值的标幺值，去标幺化处理得到d、q轴实际电流给定值。

进一步的技术方案，所述转矩最大化利用模块中，计算转化成所需d轴与q轴电流的过程中，对电机的转矩方程进行标幺化；

利用拉格朗日极值定理，利用拉格朗日乘子引入辅助函数；

根据拉格朗日极值定理，要求的d轴与q轴电流的关系为上述辅助函数的极值点，得q轴电流及d轴电流的关系表达式；

基于该表达式，获得转矩最大化利用曲线，即由拉格朗日方程解得的根；

将转矩最大化利用方程代入转矩电流方程，解得转矩最大化利用时电流和转矩的关系。

进一步的技术方案，还包括：

光电编码器，安装于永磁聚磁式同步磁阻电机的转子轴上，测量永磁聚磁式同步磁阻电机的转子位置角，并分别送入角速度处理模块；