一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法
阅读说明：本技术 一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法 (Memory motor wide speed range magnetic regulation control method ) 是由 林鹤云 仲宇翔 阳辉 吕舒康 陈智勇 房淑华 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法,该方法接收到调磁指令时,根据当前工况,包括转速n、负载电流i-q等,计算出调磁指令所需要的最大动态电压U-(ms),选择合适的梯形波d轴充去磁电流变化率di-d/dt,使得U-(ms)在母线电压所能提供的最大相电压U-p范围内；当电流变化率di-d/dt最小,而调磁所需动态电压仍然超出母线电压时,采用改进q轴电流调节器,母线电压利用率最大化,产生的q轴电流降低了调磁所需动态电压,保证调磁的顺利进行；该种方法能够根据工况选择合适的充去磁电流变化率di-d/dt以及电流调节器,加快调磁速度,降低调磁损耗,且能够在更宽的速度范围内进行调磁。(The invention discloses a memory motor wide speed range magnetic regulation control method, which comprises the steps of rotating speed n and load current i according to the current working condition when receiving a magnetic regulation instruction q And calculating the maximum dynamic voltage U required by the magnetic regulating instruction ms Selecting proper trapezoidal wave d-axis magnetizing and demagnetizing current change rate di d Dt, so that U ms Maximum phase voltage U provided by bus voltage p Within the range; when rate of change of current di d When the voltage of the bus is maximized, the generated q-axis current reduces the dynamic voltage required by magnetic adjustment, and the smooth advance of the magnetic adjustment is ensuredA row; the method can select a proper magnetizing and demagnetizing current change rate di according to the working condition d The current regulator accelerates the magnetic regulation speed, reduces the magnetic regulation loss, and can regulate the magnetic in a wider speed range.)
技术领域
本发明涉及电机控制技术，尤其涉及一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法。
背景技术
记忆电机(Memory Motor,MM)，作为一种新型永磁同步电机受到广泛关注。该种电机利用低矫顽力永磁体的磁通可变性，施加电流脉冲来改变永磁磁链。因此，电机在高速区运行时不需要持续的弱磁电流，仅需瞬时的电流脉冲来降低永磁磁链即可，从而降低铜耗。
记忆电机调磁时，由于母线电压固定，调磁时间不能太短、转速不能太高，限制了调磁的灵活性。目前，有学者在低速区采用电流轨迹预测算法，但是没有考虑带负载的情况；在高速区调磁，常用RRCVT和SLλST来拓宽调磁时的转速范围，然而前者忽略了电阻压降，后者不适用于矢量控制中。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种能够根据母线电压裕度自动调整调磁电流变化率，即调磁时间，同时能够在更高速度范围内实现调磁的控制方法。
技术方案：一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，包括如下步骤：
S1、根据实际电机特性，综合PI电流调节器的跟踪性能和调磁脉冲损耗，选择等腰梯形调磁电流脉冲的电流变化率和其中
S2、选择调磁电流变化率为计算当前转速和负载条件下执行调磁指令时所需要的最大调磁动态电压Ums2，判断Ums2是否超出母线电压，进而调整电流变化率，选择最合适的使得在母线电压限制下，能够快速、成功的执行调磁指令；
S3、电机运行在中、低速区，调整电流变化率即可成功调磁，此时采用传统双电流调节器，以转速波动最小为目标；电机运行在高速区，即使电流变化率为最小值最大相电压Up仍然小于调磁所需动态电压Ums3时，采用改进q轴电流调节器，使得母线电压利用率最大化，且通过q轴电流的变化降低调磁所需动态电压，保证调磁顺利进行，拓宽调磁转速范围。
进一步地，所述步骤S1中，的选择受限于d轴电流调节器的跟踪速度，要保证实际电流能够跟踪给定参考值；的选择受限于调磁损耗和调磁时的转矩脉动。
进一步地，所述步骤S2中的调磁动态电压的计算包括以下步骤：
S2.11：测量不同运行温度、不同磁化状态、不同负载下，电机绕组的最大相电阻Ramax，最大d、q轴电感Ldmax和Lqmax，存入控制器中；
S2.12：检测电机电角速度ωe，q轴电流iq，调磁前后的磁链ψPM1、ψPM2，调磁所需的d轴电流脉冲值id，以及调磁电流脉冲的电流变化率
S2.13：根据S2.11和S2.12的数据，并且假设q轴电流波动较小，代入到电压方程中，可得调磁瞬间最大d、q轴动态电压udmax和uqmax，进而得到所需调磁动态电压
进一步地，所述步骤S2中，调磁电流脉冲的电流变化率的选择包括以下步骤：
S2.21：选择作为初始值，代入调磁动态电压计算模块，求得Ums2；
S2.22：若Ums2小于相电压Up，则选择重新计算调磁动态电压Ums1；如果Ums1大于Up，则选择作为本次调磁的电流变化率；如果Ums1小于Up，则选择作为本次调磁的电流变化率；
S2.23：若Ums2大于相电压Up，则选择重新计算调磁动态电压Ums3；如果Ums3小于Up，则选择作为本次调磁的电流变化率；如果Ums3大于Up，则选择作为本次调磁的电流变化率，且采用改进q轴电流调节器进行调磁。
进一步地，所述步骤S3中，传统双电流调节器的q轴电流的参考值为转速环的输出，降低转速波动；而改进q轴电流调节器中，d、q轴PI调节器输出参考电压和计算此时的相电压以最大相电压Up为参考电压，实际相电压ums为反馈，差值经过PI调节器，输出q轴的参考电压，此时母线电压利用率最大化，并且通过q轴电流变化完成调磁指令。
有益效果：
1、相比于固定调磁时间的调磁控制方法，本发明方法在低速区调磁更快，调磁损耗小，转速波动小；
2、相比于传统的调磁控制方法，本发明方法能够根据当前运行条件计算调磁所需动态电压，易于判断母线电压是否足够，进而选择合适的调磁时间；
3、相比于传统调磁控制方法，本发明方法能够在更宽的速度范围内完成调磁，算法简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明具体实施方法中的框图；
图2是本发明具体实施方法中的调磁动态电压计算模块结构图；
图3是本发明具体实施方法中的调磁电流脉冲电流变化率did/dt的选择算法流程图；
图4是本发明具体实施方法中的调磁瞬间d、q轴动态电压实验波形图；
图5是本发明具体实施方法中的可变时间调磁算法下的电流、转速、电压实验波形图；
图6是本发明具体实施方法中的改进q轴电流调节器下的调磁瞬间d、q轴电流实验波形图。
具体实施方式
本实例提供了一种记忆电机宽速度范围调磁控制方法，如图1所示，具体步骤包括：
S1、根据实际电机，综合PI电流调节器的跟踪性能和调磁脉冲损耗，选择等腰梯形调磁电流脉冲的电流变化率和其中
其中的选择受限于d轴电流调节器(以PI调节器为主)的跟踪速度，要保证实际电流能够跟踪给定参考值；的选择受限于调磁损耗和调磁时的转矩脉动，过小的会使得调磁时间很长，损耗大，且调磁时转矩脉动大，转速不平稳。
S2、选择调磁电流变化率为计算当前转速和负载条件下执行调磁指令时所需要的最大调磁动态电压Ums2，判断Ums2是否超出母线电压，进而调整电流变化率，选择最合适的使得在母线电压限制下，能够快速、成功的执行调磁指令；
S2.1、如图2所示，调磁动态电压计算的具体步骤包括：
S2.11：测量电机不同运行温度、不同磁化状态、不同负载下绕组的最大相电阻Ramax，最大d、q轴电感Ldmax和Lqmax，存入控制器中；
S2.12：检测电机角速度ωe，q轴电流iq，调磁前后的磁链ψPM1、ψPM2，调磁所需的d轴电流脉冲值id，以及调磁电流脉冲的电流变化率
S2.13：根据S2.11和S2.12的数据，并且假设q轴电流波动较小，代入到电压方程中，可得调磁瞬间最大d、q轴动态电压udmax和uqmax，进而得到调磁动态电压
图4为转速0rpm、iq＝0条件下，施加+35A充磁电流时的d、q轴调磁动态电压波形，其中电流变化率实际的所需调磁动态电Ums＝52.37V，调磁电压计算模块得到的Ums_pre＝53.63V，误差为2％，验证了该调磁动态电压计算模块的有效性；
S2.2、调磁电流脉冲的电流变化率的选择如图3流程图所示，主要包括以下步骤：
S2.21：选择作为初始值，代入调磁动态电压检测模块，求得Ums2；
S2.22：若Ums2小于母线电压，则选择重新计算调磁动态电压Ums1；如果Ums1大于母线电压，则选择作为本次调磁的电流变化率；如果Ums1小于母线电压，则选择作为本次调磁的电流变化率；
S2.23：若Ums2大于母线电压，则选择重新计算调磁动态电压Ums3；如果Ums3小于母线电压，则选择作为本次调磁的电流变化率；如果Ums3大于母线电压，则选择作为本次调磁的电流变化率，且采用改进q轴电流调节器进行调磁；
S3、电机运行在中、低速区，调整电流变化率即可成功调磁，此时采用传统双电流调节器，以转速波动最小为目标；电机运行在高速区，即使电流变化率为最小值最大相电压Up仍然小于调磁所需动态电压Ums3时，采用改进q轴电流调节器，使得母线电压利用率最大化，且通过q轴电流的变化降低调磁所需动态电压，保证调磁顺利进行，拓宽调磁转速范围。
具体内容包括，传统双电流调节器的q轴电流的参考值为转速环的输出，降低转速波动；而改进q轴电流调节器中，如图1所示，q轴电流参考值的给定采用如下步骤：
S3.11、d、q轴PI调节器输出参考电压和计算此时的相电压
S3.12、以最大相电压Up为参考电压，实际电压ums为反馈，跟踪Up，经过PI调节器，输出q轴的参考电压，母线电压利用率最大化，并且通过改变q轴电流轨迹完成调磁指令；
图5为采用上述调磁算法得到的实验波形，直流母线电压UDC为120V，即最大相电压转速为500rpm，调磁指令为施加+10A充磁电流，根据调磁算法选择电流变化率如图5中放大的调磁电流波形所示，调磁电流可以很好地跟踪参考值，调磁时间短，损耗小。此时q轴电流波动很小，转速波动小。
图6为采用改进q轴电流调节器时的d、q轴电流实验波形，转速400rpm，充磁电流+35A，虚线区域内ums＝Up，根据电压方程可知，图示q轴电流的变化可以降低调磁所需的最大Ums，从而顺利完成调磁，否则该转速下，母线电压不足以完成该调磁指令，验证了该q轴电流调节器的有效性。
本发明公开的调磁控制方法，在低速区，即母线电压充裕时，选择合适的调磁电流变化率，降低调磁时间，从而降低调磁损耗和转速波动，在高速区，即母线电压不足时，采用改进q轴电流调节器，通过q轴电流的调节，降低调磁所需动态电压，拓宽调磁转速范围。