[发明专利]一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法

说明书

本发明公开一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法，属于直线电机领域。本发明通过动子给定速度与实际速度做差并经过PI控制器，得到下一个控制周期期望初级磁链矢量和永磁磁链矢量之间夹角的期望值，然后与动子位置角度以及每个控制周期永磁磁链矢量位置变化角度一起输入到初级磁链预测模块，得到在静止α‑β坐标系下的期望初级磁链，然后与初级磁链计算值做差，将得到的初级磁链差值输入到到空间矢量调制模块，通过空间矢量调制模块精确计算产生三相逆变器的控制信号，得到合成空间电压矢量，然后作用到直线永磁电机上产生初级磁链矢量，从而对电机的初级磁链、电磁推力实现准确的控制。本方法结构简单易于实现。

技术领域

本发明涉及一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法,属于直线电机领域。

背景技术

随着工业应用的发展，直线电机广泛运用在工厂生产线、磁悬浮列车等高速、高精度控制装置中。在直线驱动场合，相比于旋转电机，直线电机结构简单、惯性较小、响应速度快，能直接产生直线推力，效率高且施工成本低。

目前直线电机高性能的控制方法一般分为矢量控制和直接推力控制，矢量控制具有良好的稳态性能，但动态性能受到电流环的影响。与矢量控制相比，直接推力控制没有电流环，具有良好的参数鲁棒性、简单的结构和快速的动态性能。然而，直接推力控制的直线永磁电机驱动系统由于采用滞环控制器，电磁推力和初级磁链磁链具有较大的脉动，进而影响稳态性能。

中国专利公开号CN106961231A，公开了一种基于抗饱和PI(比例积分)控制器和占空比调制的直线永磁电机直接推力控制方法，该方法通过抗饱和PI(比例积分)控制器输出给定推力，然后通过估算的磁链和推力与给定值的差值来计算占空比和选择有效电压矢量，该方法在一定程度上可以减小磁链和推力的脉动。中国专利公开号CN110601631A，公开了一种基于占空比调制的磁通切换型永磁直线电机直接推力控制方法，该方法通过磁链、推力的估算值和给定值之间的差值计算占空比，并选择有效的电压矢量；通过逆变器实现一个周期内同时采用非零矢量和零矢量，从而更稳定地控制电机运行，该方法可以有效减小电机的推力和磁链波动，提高系统的稳定性和鲁棒性。

文献《Direct thrust control of complementary and modular linear flux-switching permanent magnet motor(互补式模块化直线磁通切换永磁电机的直接推力控制)》(2017 20th International Conference on Electrical Machines and Systems中文名：2017年第20届电机与系统国际会议(ICEMS)，2017,pp.1-4,doi:10.1109/ICEMS.2017.8056498，L.Zhang,R.Cao and N.Jiang)研究了基于空间电压矢量调制的直接推力控制，该方法使用PI(比例积分)控制器代替滞环控制器实现推力闭环，然后通过空间电压矢量调制实现推力和磁链的控制，该方法继承了传统直线推力控制可以快速控制推力的优点，同时有效减小直线电机的推力和磁链脉动。

这些直线永磁电机直接推力控制方法都是通过空间电压矢量法或者改进空间电压矢量的选择方法来改善基于滞环控制的传统直接推力控制方法的电磁推力和初级磁链脉动大的问题，但是这些控制算法中推力计算环节和推力闭环仍然存在，使得系统结构复杂性没有降低，但却增加了参数调试难度。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提出了一种无推力闭环的空间矢量法直线永磁电机推力控制方法，在继承传统直接推力控制方法中无电流闭环的优点的基础上，无需推力计算模块和推力闭环，只需要获得期望初级磁链矢量，包括幅值和相位，然后通过空间矢量调制精确计算得到相应的电压矢量，作用到直线永磁电机上就可实现电磁推力的快速平稳控制，且初级磁链和推力脉动小。同时，本发明的方法简单易于实现，参数调试难度低，不需要增加硬件设施投入且软件负担低，适合进行规模化推广应用。