[发明专利]一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机直接转矩控制方法

说明书

本发明提出一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机直接转矩控制方法。本发明公开了一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机数学建模方法，在使用直接转矩控制方法对电机转速进行控制时，使用的电压方程、磁链方程和转矩方程；其中，磁链通过有限元分析法所得的三相电流计算得到，电压方程中考虑了铁芯损耗，将铁芯损耗转化为等效电阻。本发明方法可应用于基于无传感器转速估计的超高速永磁同步电机控制系统中，能有效减小无传感器转速估计中因为铁芯损耗而引起的角度误差。

技术领域

本发明属于超高速电机控制技术领域，特别是一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机直接转矩控制方法

背景技术

超高速永磁同步电机具有重量轻、体积小、功率密度高、可靠性高、动态响应性能好等优点，在工业制造、航空航天、能源、医疗和国防工业等多个领域的应用前景愈发广阔。其相关技术的发展适应于当代超高速和超精度工业加工技术的发展潮流，推动现代工业和科学技术的飞速发展，超高速永磁同步电机的相关技术成为了当前的研究热点。

超高速永磁同步电机在高速运行时，由于激发电流频率非常高，为了承受机械应力应选择低损耗材料。此外，由于其在高速区域中的鲁棒性弱，不能使用诸如编码器和分解器的角度检测传感器。因此，无传感器转速控制是必要的。

然而，在高速电机技术中存在着挑战性问题：如需要坚固的机械结构，材料要求有低损耗的硅钢和高拉伸强度等性能，以及控制问题，例如脉宽调制(PWM)延迟，脉宽调制失真和铁损耗。此外，一般的永磁同步电动机(PMSM)控制中通常会忽略铁损。铁损除了会降低电机效率，还会改变永磁同步电机的动态模型。由于在传统的无传感器方法中没有考虑铁损，其估计的角速度误差随着速度增加而稳定地增长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机直接转矩控制方法，消除了电机高速运行时，无传感器转速估计中产生的角度误差，提高电机性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于铁芯损耗的超高速永磁同步电机直接转矩控制方法，在使用直接转矩控制方法对电机转速进行控制时，使用的电压方程、磁链方程和转矩方程如下所示：

d-q两相旋转坐标系下的定子磁链方程为：

ψ_d＝L_di_dm+ψ_m

ψ_q＝L_qi_qm

式中，ψ_d，ψ_q为d-q两相旋转坐标系下定子磁链在d轴和q轴上的分量，L_d和L_q为d-q两相旋转坐标系下电感在d轴和q轴上的分量，i_dm，i_qm为d-q两相旋转坐标系下实际电流在d轴和q轴上的分量，ψ_m为磁铁磁链；

d-q两相旋转坐标系下的电压方程如下所示：

式中，p为微分算子，R_m为考虑铁芯铁损后的超高速永磁同步电机电阻值，且R_s是定子电阻，R_i为铁芯损耗的等效电阻，用于反映超高速永磁同步电机中的铁芯损耗，v_d、v_q、i_d、i_q、L_d以及L_q分别为d-q两相旋转坐标系下的电压值、电流值和电感值，ψ_m为磁铁磁链，ω_e为电机转速；

其中，铁芯损耗的等效电阻P_i为总的铁芯损耗，且有：