[发明专利]一种直线感应电机效率优化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于直线感应电机领域，更具体地，涉及一种直线感应电机效率优化控制方法。

背景技术

直线感应电机可以通过初、次级之间电流的相互作用产生直接推力，从而省去了中间传动环节，特别适用于直驱场合。同时，直线感应电机由于结构简单、推力大、机械损耗小、维护量少等优势而广泛应用于工业领域，如城轨交通、抽油机等。

但是受制造装配工艺、运行安全要求等限制，直线感应电机的机械气隙比普通旋转感应电机大，因而直线感应电机的效率一般较低。此外，直线感应电机由于初级开断、初次级宽度不等、初级端部半填充槽的特殊结构，在运行时存在横向边缘效应和纵向边端效应。这两种效应会引起等效次级电阻的增加和等效励磁电感的衰减，在相同的运行条件下需要输入更大的电流，从而致使电机损耗上升，效率下降。

当前针对直线感应电机效率优化控制的方法主要有两类：模型法与搜索法。搜索法通过监测电机或驱动系统输入功率，利用搜索算法调整给定磁链或其它被控量使输入功率最小。搜索法虽不受电机参数的影响，但是收敛速度慢、对控制器硬件要求高，且容易陷入局部反复寻优，致使电机输出波动和系统不稳定。模型法基于电机等效模型，通过优化电机损耗函数，实现电机效率优化控制。相比搜索法，模型法计算快、输出波动小、简单实用，但对电机模型参数的依赖性强。受横向边缘效应和纵向边端效应影响，直线感应电机参数变化复杂，且各参数之间耦合严重，需要全面考虑各个参数的影响才能获得理想的控制效果。目前关于直线感应电机模型法效率优化控制的研究，尚没有相对完整的损耗模型。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直线感应电机效率优化控制方法，能快速计算得到直线感应电机的最小损耗工作点，在不同运行条件下电机效率都得到了显著提升，实现了全局范围内的效率优化控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种直线感应电机效率优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集直线感应电机的初级三相电流i_A、i_B和i_C以及电机运行速度v₂，根据电机运行速度v₂计算得到次级角频率ω_r；

(2)由初级三相电流i_A、i_B和i_C以及次级角频率ω_r计算得到直线感应电机的次级磁链角度θ₁和电磁推力F；通过坐标变换由次级磁链角度θ₁以及初级三相电流i_A、i_B和i_C得到初级d轴电流i_ds和初级q轴电流i_qs；

(3)根据次级角频率ω_r和电磁推力F，计算得到优化的次级d轴磁链ψ_dr，进而得到初级d轴电流控制量将次级角频率参考值与次级角频率ω_r的差值进行PI调节得到初级q轴电流控制量

其中，优化的次级d轴磁链a₁、a₂、a₃和a₄为损耗系数，使得直线感应电机的总损耗最小，a₀为损耗系数；

(4)将初级d轴电流控制量与初级d轴电流i_ds的差值进行PI调节得到初级d轴电压控制量将初级q轴电流控制量与初级q轴电流i_qs的差值进行PI调节得到初级q轴电压控制量

(5)将初级d轴电压控制量和初级q轴电压控制量进行坐标变换得到初级α轴电压控制量和初级β轴电压控制量将其作为空间矢量脉宽调制的输入，实现直线感应电机效率的优化控制。

优选地，损耗系数a₁、a₂、a₃和a₄分别为：

和

其中，τ为极距，F为电磁推力，ω_r为次级角频率，R_s为初级电阻，R_Fe为等效铁损电阻，L_ls为初级漏感，L_lr为次级漏感，L_me为等效励磁电感，R_re为等效次级电阻。