基于全阶状态滑模观测器的混合永磁记忆电机磁链观测
发布时间：2021-02-03 22:26
由于混合永磁记忆电机（HPMMM）永磁体在线充磁与去磁时转子磁链定向难度大,针对HPMMM永磁体在线调磁时磁链观测精度不高的问题,提出了一种基于全阶状态滑模观测器的混合磁链观测方法。该方法采用全阶磁链观测器并结合滑模反馈部分保证电流观测值收敛于真实值,同时对HPMMM定子电流与转子磁链实时观测,进而获得更高精度的转子磁链观测。全阶状态滑膜观测器应用于HPMMM矢量控制策略中,优化了系统整体控制复杂程度。最后通过仿真对比分析,相比传统永磁同步电机而言, HPMMM调速范围更宽,交直轴电流波动较小,收敛于实际磁链速度更快,表明该方法能进一步提高交流脉冲对HPMMM充磁和去磁时磁场定向的准确性,增加系统参数鲁棒性、稳定性。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
HPMMM结构Fig.1StructureofHPMMM
2020年4月水下无人系统学报第28卷196JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn施加反向调磁脉冲电流时,铝镍钴和钕铁硼混合永磁体会共同作用,最终将混合磁通推向永磁体内部,削弱内部磁场,达到弱磁的目的。图2为HPMMM驱动控制系统原理框图。根据光电编码器与速度PI环得出电机速度反馈需求,调磁电流分配控制器与可控调磁电流变量作用于调磁电流控制器。调磁电流控制器与调磁电流变换器共同对调磁电流进行控制与调节,产生可控调磁电流变量,实现了在线调磁的目的,增强了系统灵活性。图2HPMMM调磁原理框图Fig.2BlockdiagramofHPMMMfluxtuning2HPMMM数学模型当无脉冲调磁时,HPMMM可以等效为一台传统PMSM,其数学模型与传统PMSM相似。由于实际调磁过程中,2种永磁体之间存在交叉耦合效应以及漏磁等多种复杂因素,2种磁链同时确定难度较大。为了实现对HPMMM永磁磁链进行精准控制,建立精确的数学模型,将2种复杂的磁链等效成一个混合永磁磁链,合并为一个输入变量。采用交直轴(d-q)转子同步旋转坐标系来量化和表述HPMMM的各种性能,直轴分量di和交轴分量qi对电机作用均不相同。因此文中选择在d-q转子同步旋转坐标系中,采用矢量控制策略。在忽略电机内部温度变化、涡流与磁滞损耗影响的情况下,可以建立HPMMM在两相d-q旋转坐标系下的数学模型,具体模型如下。电压方程0()1.500dSdeqsfdqedSqesfqepmffsffffuRsLLsMiuLRsLMiiuMRsLi(1)式中:du,uq和fu分别为定子d轴、q轴和调磁绕组电压
2020年4月水下无人系统学报第28卷198JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn图3全阶状态滑模磁链观测器结构图Fig.3Structurediagramoffull-orderstateslidingmodefluxlinkageobserver图4系统整体仿真模型框图Fig.4Blockdiagramofsystemoverallsimulationmodel阶状态滑模观测器算法的可行性与稳定性,对传统PMSM与HPMMM系统进行仿真,并且对结果进行分析比较。表1HPMMM设定参数Table1SettingparametersofHPMMM参数数值参数数值定子电感/mH13定子电阻/0.985额定转速/(r·min–1)1000转子永磁磁链/Wb0.3阻尼系数/(N·m·s)0.008转子极对数/p4转动惯量/(kg·m2)0.03——4.1仿真结果传统PMSM初始给定负载设置为0N·m,由静止起动到额定转速1000r/min后,在0.2s时刻给定负载突变为10N·m时,经过约60ms波动后,进入稳态运行状态。图5为该电机在0.2s突加负载后的运行特性曲线。图5电机突加负载运行特性曲线Fig.5Characteristiccurvesofmotoroperationundersuddenload
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机全阶状态观测器的设计及分析[J]. 赵武玲,魏振,姚广. 微特电机. 2019(01)
[2]混合永磁记忆电机系统及其关键技术综述[J]. 林明耀,杨公德,李念. 中国电机工程学报. 2018(04)
[3]混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制[J]. 杨公德,林明耀,李念,付兴贺,刘凯,谭广颖,张贝贝,孔永. 中国电机工程学报. 2017(22)
[4]改进的无功功率模型参考自适应异步电机转速辨识[J]. 车海军,王亮亮,霍丽娇,崔慧慧,杨景明. 电机与控制学报. 2017(10)
[5]磁通切换型记忆电机控制策略研究[J]. 壮而行,阳辉. 微特电机. 2016(10)
[6]双三相电机感应电机矢量控制研究[J]. 李宏,张鹏举. 鱼雷技术. 2016(05)
[7]感应电机模糊自适应全阶磁链观测器研究[J]. 蒋林,吴俊,邱存勇,代云中. 控制工程. 2016(06)
[8]感应电机全阶磁链观测器设计及其控制性能对比分析[J]. 吴文进,苏建徽,刘鹏,汪海宁. 电机与控制学报. 2016(04)
[9]基于CESO磁链观测器的模型参考自适应感应电机转速辨识[J]. 韦文祥,刘国荣. 电机与控制学报. 2016(04)
[10]一种混合永磁记忆电机的设计（英文）[J]. 周裕斌,陈阳生. 电工技术学报. 2015(14)
本文编号：3017247
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
HPMMM结构Fig.1StructureofHPMMM
2020年4月水下无人系统学报第28卷196JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn施加反向调磁脉冲电流时,铝镍钴和钕铁硼混合永磁体会共同作用,最终将混合磁通推向永磁体内部,削弱内部磁场,达到弱磁的目的。图2为HPMMM驱动控制系统原理框图。根据光电编码器与速度PI环得出电机速度反馈需求,调磁电流分配控制器与可控调磁电流变量作用于调磁电流控制器。调磁电流控制器与调磁电流变换器共同对调磁电流进行控制与调节,产生可控调磁电流变量,实现了在线调磁的目的,增强了系统灵活性。图2HPMMM调磁原理框图Fig.2BlockdiagramofHPMMMfluxtuning2HPMMM数学模型当无脉冲调磁时,HPMMM可以等效为一台传统PMSM,其数学模型与传统PMSM相似。由于实际调磁过程中,2种永磁体之间存在交叉耦合效应以及漏磁等多种复杂因素,2种磁链同时确定难度较大。为了实现对HPMMM永磁磁链进行精准控制,建立精确的数学模型,将2种复杂的磁链等效成一个混合永磁磁链,合并为一个输入变量。采用交直轴(d-q)转子同步旋转坐标系来量化和表述HPMMM的各种性能,直轴分量di和交轴分量qi对电机作用均不相同。因此文中选择在d-q转子同步旋转坐标系中,采用矢量控制策略。在忽略电机内部温度变化、涡流与磁滞损耗影响的情况下,可以建立HPMMM在两相d-q旋转坐标系下的数学模型,具体模型如下。电压方程0()1.500dSdeqsfdqedSqesfqepmffsffffuRsLLsMiuLRsLMiiuMRsLi(1)式中:du,uq和fu分别为定子d轴、q轴和调磁绕组电压
2020年4月水下无人系统学报第28卷198JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn图3全阶状态滑模磁链观测器结构图Fig.3Structurediagramoffull-orderstateslidingmodefluxlinkageobserver图4系统整体仿真模型框图Fig.4Blockdiagramofsystemoverallsimulationmodel阶状态滑模观测器算法的可行性与稳定性,对传统PMSM与HPMMM系统进行仿真,并且对结果进行分析比较。表1HPMMM设定参数Table1SettingparametersofHPMMM参数数值参数数值定子电感/mH13定子电阻/0.985额定转速/(r·min–1)1000转子永磁磁链/Wb0.3阻尼系数/(N·m·s)0.008转子极对数/p4转动惯量/(kg·m2)0.03——4.1仿真结果传统PMSM初始给定负载设置为0N·m,由静止起动到额定转速1000r/min后,在0.2s时刻给定负载突变为10N·m时,经过约60ms波动后,进入稳态运行状态。图5为该电机在0.2s突加负载后的运行特性曲线。图5电机突加负载运行特性曲线Fig.5Characteristiccurvesofmotoroperationundersuddenload
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机全阶状态观测器的设计及分析[J]. 赵武玲,魏振,姚广. 微特电机. 2019(01)
[2]混合永磁记忆电机系统及其关键技术综述[J]. 林明耀,杨公德,李念. 中国电机工程学报. 2018(04)
[3]混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制[J]. 杨公德,林明耀,李念,付兴贺,刘凯,谭广颖,张贝贝,孔永. 中国电机工程学报. 2017(22)
[4]改进的无功功率模型参考自适应异步电机转速辨识[J]. 车海军,王亮亮,霍丽娇,崔慧慧,杨景明. 电机与控制学报. 2017(10)
[5]磁通切换型记忆电机控制策略研究[J]. 壮而行,阳辉. 微特电机. 2016(10)
[6]双三相电机感应电机矢量控制研究[J]. 李宏,张鹏举. 鱼雷技术. 2016(05)
[7]感应电机模糊自适应全阶磁链观测器研究[J]. 蒋林,吴俊,邱存勇,代云中. 控制工程. 2016(06)
[8]感应电机全阶磁链观测器设计及其控制性能对比分析[J]. 吴文进,苏建徽,刘鹏,汪海宁. 电机与控制学报. 2016(04)
[9]基于CESO磁链观测器的模型参考自适应感应电机转速辨识[J]. 韦文祥,刘国荣. 电机与控制学报. 2016(04)
[10]一种混合永磁记忆电机的设计（英文）[J]. 周裕斌,陈阳生. 电工技术学报. 2015(14)
本文编号：3017247
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