混合永磁记忆电机磁链观测器设计与协调控制研究

作     者：祁武刚 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：包广清;张玮

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 

主      题：混合永磁 混合永磁记忆电机 磁化状态 永磁磁链观测器 最优转矩控制 

摘      要：为了实现顶驱系统低速大转矩和大范围高效平滑调速的特性,在该系统中引入混合永磁记忆电机（Hybrid Permanent Magnet Memory Machine,HPM-MM）构成新型直驱式顶驱系统。本文以混合永磁记忆电机为研究对象,从电机数学模型出发,研究了该电机控制的两个重要环节:转子磁链的观测以及结合磁化状态的控制策略。主要完成的研究内容如下:（1）在传统记忆电机拓扑结构以及相关的控制策略分析的基础上,介绍了本文所研究HPM-MM电机的结构以及调磁机理,推导了在三相静止坐标系和两相dq旋转坐标系下HPM-MM的数学模型,为后续研究混合永磁记忆电机奠定基础。（2）ALNE自适应磁链观测器。针对传统自适应算法中PI自适应率不能在线修正的问题,本文提出一种能够在线调整权重的自适应线性神经元（Adaptive Linear neural Element,ALNE）永磁磁链观测器。仿真结果表明,ALNE自适应算法在快速性和稳定性均优于传统的自适应算法。（3）STA滑模磁链观测器。针对传统滑模观测抖振较大以及观测精度较差的问题,本文设计了基于q轴的超螺旋（Super Twisting Algorithm,STA）滑模永磁磁链观测器,并与传统的指数滑模进行仿真对比,结果表明STA磁链观测器的收敛速度与观测精度均高于传统的滑模观测器。（4）根据不同速度区间与低矫顽力永磁体充/去磁状态的映射关系,在定子电压和电流允许的范围之内,提出了结合分区控制的最优转矩控制策略。为了提高整个系统的控制性能,还采用了工程设计方法设计了电流环、转速环以及调磁绕组的PI调节器。仿真结果表明,此控制方法有效的避免了电机参数变化对最优转矩输出工作点的影响,实现了HPM-MM在全速域内最大转矩输出。同时,该方法还降低了电机的铜耗,提升了整个电机控制系统的效率。本文所提出的方法实现了混合永磁记忆电机高转矩输出和弱磁扩速的能力,为混合永磁记忆电机进一步的研究提供一定的参考意义。