阅读说明：本技术 一种变磁通永磁电机带速重投控制方法及系统 (Variable flux permanent magnet motor belt speed re-throwing control method and system ) 是由 陈俊桦 曲荣海 于 2020-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种变磁通永磁电机带速重投控制方法及系统,属于变磁通永磁电机驱动控制领域。包括：变磁通永磁电机在旋转状态下的重投时刻注入q轴脉冲电压；脉冲电压加载结束时,根据变磁通永磁电机的dq轴感应电流和电磁同步转速,估计变磁通永磁电机的d轴增量电感；根据电机饱和效应导致的增量电感与变磁通永磁电机永磁磁链的关系曲线,以估计的d轴增量电感反演变磁通永磁电机的永磁磁链；基于反演的变磁通永磁电机的永磁磁链,进行重投过程中的反电势补偿。本发明提供的q轴脉冲电压注入方法,该方法注入当前转速下的最大反电势电压,避免负d轴电流产生,保护永磁体不被退磁。(The invention discloses a method and a system for controlling the belt speed re-throw of a variable flux permanent magnet motor, and belongs to the field of drive control of the variable flux permanent magnet motor. The method comprises the following steps: injecting q-axis pulse voltage into the variable flux permanent magnet motor at the time of re-throwing in the rotating state; when the pulse voltage loading is finished, estimating a d-axis incremental inductance of the variable flux permanent magnet motor according to the dq-axis induction current and the electromagnetic synchronous rotating speed of the variable flux permanent magnet motor; according to a relation curve of incremental inductance and variable flux permanent magnet flux linkage of the variable flux permanent magnet motor caused by motor saturation effect, inverting the permanent magnet flux linkage of the variable flux permanent magnet motor by the estimated d-axis incremental inductance; and performing back electromotive force compensation in the re-casting process based on the inverted permanent magnetic flux linkage of the variable flux permanent magnet motor. According to the q-axis pulse voltage injection method provided by the invention, the maximum back electromotive voltage at the current rotating speed is injected, so that the generation of negative d-axis current is avoided, and the permanent magnet is protected from demagnetization.)

一种变磁通永磁电机带速重投控制方法及系统

技术领域

本发明属于变磁通永磁电机驱动控制领域，更具体地，涉及一种变磁通永磁电机带速重投控制方法及系统。

背景技术

变磁通永磁电机是一种特殊的永磁电机，其特点在于，电机所采用的永磁体为低矫顽力永磁体，可以通过在线充退磁控制，实现电机转子磁场的控制。变磁通永磁电机的优势在于，电机运行在高速区间时，通过退磁操作，使电机反电势低于母线电压限制，从而消除持续的弱磁电流，提高电机在高速区间的效率。

类似地，变磁通永磁电机也存在带速重投控制课题。变磁通永磁电机的带速重投的特殊性在于，与传统永磁电机相比，变磁通永磁电机的转子磁场不固定，无法采用传统方法中固定磁链的反电势的补偿方法进行冲击电流的抑制。由于变磁通永磁电机自由旋转期间定子电流为零，因此无法采用观测器的方式进行观察。

变磁通永磁电机的带速重投控制还需要注意，重投时刻可能产生的冲击电流具有退磁电机的风险。虽然变磁通永磁电机可以通过再充磁进行磁场的恢复，但是退磁状态期间的电机控制精度将受到严重影响。目前尚无相关研究关注变磁通永磁电机的带速重投问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种变磁通永磁电机带速重投控制方法及系统，其目的在于提供变磁通永磁电机带速重投控制系统，用于抑制变磁通永磁电机带速重投过程中的冲击电流，并且防止变磁通永磁电机在重投过程中的退磁。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种变磁通永磁电机带速重投控制方法，所述变磁通永磁电机采用低矫顽力永磁体，通过电枢电流改变低矫顽力永磁体剩磁，该方法包括以下步骤：

S1.变磁通永磁电机在旋转状态下的重投时刻注入q轴脉冲电压；

S2.脉冲电压加载结束时，根据变磁通永磁电机的dq轴感应电流和电磁同步转速，估计变磁通永磁电机的d轴增量电感；

S3.根据电机饱和效应导致的增量电感与变磁通永磁电机永磁磁链的关系曲线，以估计的d轴增量电感反演变磁通永磁电机的永磁磁链；

S4.基于反演的变磁通永磁电机的永磁磁链，进行重投过程中的反电势补偿。

优选地，所述q轴脉冲电压为当前电磁同步转速下的最大反电势电压。

优选地，所述最大反电势电压为变磁通永磁电机的最大永磁磁链与电机当前电磁转速的乘积。

优选地，所述脉冲的宽度为一个PWM周期至十个PWM周期。

优选地，所述根据变磁通永磁电机的dq轴感应电流和电磁同步转速，估计变磁通永磁电机的d轴增量电感，，具体公式如下：

其中，Ld_i表示d轴增量电感，w₁表示电磁同步转速，L_q表示q轴视在电感，I_q表示变磁通永磁电机的q轴感应电流，R_a表示电枢电阻，I_d表示变磁通永磁电机的d轴感应电流。

优选地，所述基于反演的变磁通永磁电机的永磁磁链，进行重投过程中的反电势补偿，具体公式如下：

E＝w₁*Φ_est

其中，w₁表示电磁同步转速，Φ_est表示变磁通永磁电机的永磁磁链。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种变磁通永磁电机带速重投控制系统，所述系统采用如第一方面所述的变磁通永磁电机带速重投控制方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

本发明通过在变磁通永磁电机自由旋转状态下的重投时刻注入脉冲电压，以电机的感应电流及转速，进行电机增量电感估计。基于不同变磁通永磁电机充磁状态下的增量电感不同特性，以增量电感作为变磁通永磁电机充磁状态的估计方法。基于估计的变磁通永磁电机充磁状态，进行重投过程中的反电势补偿，消除重投电流冲击。本发明注入的脉冲电压为q轴脉冲电压，避免负d轴电流产生，保护永磁体不被退磁。

附图说明

图1是本发明提供的变磁通永磁电机带速重投控制系统示意图；

图2是本发明提供的系统算法执行示意框图；

图3是本发明提供的带速重投控制过程信号电平示意图；

图4是本发明提供的带速重投部算法示意框图；

图5是本发明提供的充磁状态与d轴增量电感关系曲线；

图6是本发明提供的电机矢量控制示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，变磁通永磁电机109受到三相半桥电力电子逆变器105供电，逆变电路由直流电源106提供能量。变磁通永磁电机转子轴上安装有位置检测110，检测并计算转子电磁角度θ，通过速度计算部111计算得到电机的同步转速w₁。三相半桥逆变电路105的三相出线上安装有电流传感器108，通过检测电机相电流Iu和Iv，通过坐标变换107处理，获得电机dq轴电流反馈值Id和Iq。

算法执行部101为本发明中电机正常运行及带速重投算法执行部门。算法执行部采集反馈电流Id和Iq、电机同步转速w1，通过算法操作计算得到电机dq轴电压指令Ud*和Uq*，并产生PWM使能信号OPpwm。电压指令Ud*和Uq*传输至坐标变换部102，通过左边变换得到电机相电压指令Uu*、Uv*和Uw*，并通过PWM控制部103调制算法获得三相半桥逆变电路105中各桥臂开关信号。PWM控制部103输出桥臂信号通过PWM使能部104处理，由算法执行部101产生的OPpwm信号控制通断。

如图2所示，运行指令器201产生系统运行的指令信号OPs。判断器202根据输入的OPs信号进行算法运行切换，决定算法执行部101是否运行矢量控制部203、带速重投部204、或无算法运行状态。

如图3所示，OPs具有三种电平，N为正常运行电平、0为闭锁电平、R为重投电平。0至t0区间，OPs为N电平，算法执行部运行矢量控制部203程序，算法执行部输出Ud*和Uq*指令由矢量控制部203产生，并输出PWM使能信号OPpwm高电平，使能PWM为电机供电。当运行指令器201判断电机缺失电源106供电，或算法异常等故障，在t0时刻输出OPs至闭锁电平0，OPpwm信号输出为零，闭锁PWM供电，Ud*和Uq*无输出。运行指令器201在t1时刻进行判断，认为电机状态为能够重启，输出OPs信号重启电平R，带速重投部204进行工作，此时电压指令及OPpwm信号由带速重投部204产生。在t2时刻，带速重投控制完成，由带速重投部204产生置位信号脉冲OPrst。运行指令器201接收置位脉冲OPrst，恢复正常运行电平N，即完成整个断电至带速重投控制流程。

如图4所示，带速重投部204接收OPs信号为R电平后，进行后续带速重投控制。本发明带速重投方法在于，通过在电机注入脉冲电压信号，根据反馈的dq轴电流计算d轴增量电感；由于d轴增量电感与变磁通永磁电机充磁程度相关，即可通过增量电感值估计变磁通永磁电机充磁状态，并将估计的充磁状态Φest输出至矢量控制部203使用。

为了防止带速重投中变磁通永磁电机退磁，本发明提供q轴脉冲电压注入方法，该方法注入当前转速下的最大反电势电压，避免负d轴电流产生，保护永磁体不被退磁。

以下结合变磁通永磁电机dq轴电压方程式(1)和式(2)进行说明。

Ud＝Ra*Id+Ldi*dId/dt-w1*Lq*Iq…(1)

Uq＝Ra*Iq+Lqi*dIq/dt+w1*Ld*Id+w1*Φf…(2)

其中，Ra为电枢电阻，Ldi和Lqi为dq轴增量电感。Φf为当前变磁通永磁电机的充磁状态，该变量在带速重投初期为未知量。

为了防止上述带速重投控制中，注入脉冲电压信号导致负d轴电流产生。带速重投部204通过在q轴注入电压Uq*，其大小为变磁通永磁电机的最大充磁状态Φfm与电机当前电磁转速w1的乘积，通过乘法器301实现，因此式(2)的左侧将大于其等式右侧，将会产生正d轴电流，防止变磁通永磁电机退磁。另外，d轴电压指令Ud*设置为零，其不会导致产生负d轴电流。

通过脉冲器303实现电压指令以脉冲形式加载至电机。脉冲器303产生脉冲电平OPpwm，其脉冲宽度为一个PWM周期至数个PWM周期，需要注意的是，脉冲宽度不应过大，以至于电机产生较大的电流。

充磁状态估计器304在检测到OPpwm下降沿时，即为脉冲电压加载结束时刻，检测电机的dq轴电流Id、Iq和电机电磁同步转速w1。根据式(1)计算d轴增量电感Ldi，如式(3)所示。

Ldi＝(w1*Lq*Iq-Ra*Id)/dId/dt…(3)

在式(3)计算结果上，根据图5中的充磁状态与Ldi的关系曲线，推算出充磁状态的估计值Φest。此后，充磁状态估计器304产生置位脉冲信号OPrst，完成带速重投控制部204运算任务。

运行指令器201根据OPrst置位电平，输出OPs电平至正常运行电平N。如图6所示，矢量控制部203接收来自带速重投部204的充磁状态观测值Φest，通过乘法器602，估计当前电机反电势w1*Φest，以此作为电压补偿项输入至q轴电流PI闭环调节，用于补偿电流从零至正常电流过程中的反电势电压，防止冲击电流产生。

OPpwm信号置1，用于开启PWM脉冲。此外，dq轴电流控制中的PI调节器601及电阻补偿电压为电机控制领域常用方法，此处不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。