專利名稱：基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)及自動控制領域，具體指一種基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)及方法。
背景技術：
隨著數字信號處理器，高性能計算機，電力電子技術，傳感器技術及永磁材料技術等相關技術的快速發(fā)展，PMSLM的性能有了很大程度的提高，這使得以PMSLM作為執(zhí)行電機的高性能交流永磁伺服系統(tǒng)應運而生。由于數控機床加工等場合的特殊要求，用直線伺服系統(tǒng)取代旋轉伺服系統(tǒng)的呼聲越來越強烈，直線伺服系統(tǒng)己經逐步成為電氣傳動控制的主要方向。同時隨著現(xiàn)代工業(yè)生產方式日趨機械化、自動化和復雜化，對現(xiàn)代伺服系統(tǒng)也提出了更高的性能要求和控制要求，尤其是為了滿足一些特殊的生產設備發(fā)展的需要，更加快了現(xiàn)代電機朝著智能化、高性能、數字化的方向發(fā)展，而PMSLM更是以其高轉矩電流比、高效率及寬調速范圍己日益成為電機伺服系統(tǒng)執(zhí)行電動機的主流。PMSLM在實際運行中，由于電動機產品容量的不連續(xù)性、安全系數選擇過高等因素，使絕大部分的電動機處于輕載運行狀態(tài)，很大一部分電能白白浪費，“大馬拉小車”的現(xiàn)象十分普遍。雖然蓬勃發(fā)展起來的各種變頻調速技術對節(jié)能降耗和改善系統(tǒng)特性起到了關鍵性作用，但是，無論是采用高性能的矢量控制，還是普通的恒壓頻比控制，其本質都是控制電機在額定恒磁通下運行，因此輕載低效的問題依然存在。由此可以看出，進一步研究 PMSLM系統(tǒng)的最小損耗控制問題是十分必要的。近年來涌現(xiàn)出來的電機最小損耗控制策略主要有損耗模型法和搜索尋優(yōu)法。損耗模型法是基于電機的損耗模型(有時也包括逆變器的模型)，控制合適的自變量來優(yōu)化目標函數，實現(xiàn)電機的損耗最小控制，此方法實現(xiàn)最小損耗控制的趨勢在于建立不同工況和應用場合下的電機損耗模型，該模型要求簡單、準確并且實用。搜索尋優(yōu)法是通過測量逆變器直流母線側的功率并利用搜索尋優(yōu)算法調節(jié)被控量尋找最小輸入功率值。此方法對輸入功率的檢測精度要求較高，因此對系統(tǒng)增加了較高的硬件要求，這樣就為系統(tǒng)的實現(xiàn)帶來了不便；而且算法的收斂時間較長，在尋優(yōu)過程中存在磁鏈、推力脈動的問題，尤其是當輸入功率函數在最小值附近比較平滑時，容易引起系統(tǒng)的振蕩和不穩(wěn)定。目前關于電機損耗模型法的研究都是單純的針對電機的損耗模型，通過對電機損耗函數求導得到損耗最小時轉子或定子磁鏈值，從而實現(xiàn)對電機的最小損耗控制。其忽略了逆變器的損耗模型，這樣大大的影響了對系統(tǒng)最小損耗控制的準確性。

發(fā)明內容
針對以上問題我們提出了一種基于系統(tǒng)損耗模型的PMSLM最小損耗控制策略，這種控制策略的目標是控制整個系統(tǒng)的損耗最小，為實現(xiàn)電機驅動系統(tǒng)高效率運行提供了理論基礎。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案
基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)，包括速度調節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊，以及PMSLM。 其特征在于所述系統(tǒng)還包括最小損耗控制模塊，其中速度調節(jié)模塊連接推力滯環(huán)比較模塊，推力滯環(huán)比較模塊和磁鏈滯環(huán)比較模塊連接電壓矢量選擇模塊，電壓矢量選擇模塊連接逆變器，逆變器分別連接PMSLM、磁鏈和推力估算模塊，磁鏈和推力估算模塊連接電壓矢量選擇模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊和最小損耗控制模塊，最小損耗控制模塊連接磁鏈滯環(huán)比較模塊，PMSLM連接速度調節(jié)模塊?；谙到y(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
步驟1 推導PMSLM的數學模型 電壓方程為
式中，、《τ為初級繞組Μ、T軸電壓為初級繞組Μ、T軸電流為初級磁為次級等效角
為初級為初級電流； 磁鏈方程為
為初級繞組Μ、T軸磁為初級繞組電感，LiUq為初級繞組d、q軸為永磁體磁鏈； 步驟2 推導并建立系統(tǒng)中PMSLM和逆變器的損耗模型，得出損耗最小時初級磁鏈的表
達式為
權利要求
1.基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)，包括速度調節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊，以及永磁同步直線電機PMSLM，其特征在于所述系統(tǒng)還包括最小損耗控制模塊，其中速度調節(jié)模塊連接推力滯環(huán)比較模塊，推力滯環(huán)比較模塊和磁鏈滯環(huán)比較模塊連接電壓矢量選擇模塊， 電壓矢量選擇模塊連接逆變器，逆變器分別連接PMSLM、磁鏈和推力估算模塊，磁鏈和推力估算模塊連接電壓矢量選擇模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊和最小損耗控制模塊，最小損耗控制模塊連接磁鏈滯環(huán)比較模塊，PMSLM連接速度調節(jié)模塊。
2.如權利要求1所述基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1 推導PMSLM的數學模型電壓方程為
全文摘要
基于系統(tǒng)損耗模型法的直線電機最小損耗控制系統(tǒng)級方法，包括速度調節(jié)模塊、推力滯環(huán)比較模塊、磁鏈滯環(huán)比較模塊、電壓矢量選擇模塊、逆變器、磁鏈和推力估算模塊、永磁同步直線電機PMSLM和最小損耗控制模塊?？刂品椒ㄍ茖MSLM數學模型；推導并建立PMSLM和逆變器損耗模型，得出損耗最小時初級磁鏈表達式；將初級磁鏈表達式作為系統(tǒng)中初級磁鏈給定參考值；利用反電勢積分法估算PMSLM運行中實際初級磁鏈值；對電磁推力進行估算；選擇最優(yōu)的電壓矢量，進而實現(xiàn)PMSLM系統(tǒng)最小損耗控制。這種控制策略的目標是控制整個系統(tǒng)的損耗最小，為實現(xiàn)PMSLM驅動系統(tǒng)高效率運行提供了理論基礎。
文檔編號H02P21/00GK102427325SQ20111033521
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者崔皆凡, 李林, 潘龍玉, 閆紅 申請人:沈陽工業(yè)大學