混合永磁游标电机磁链观测器设计与协调控制方法

为了改善传统永磁顶驱钻井系统体积大、能耗高等问题,在顶驱钻井系统中引入混合永磁游标电机(hybrid permanent magnet vernier machine,HPMVM)构成新型直驱式顶驱系统。文章针对该电机磁链观测与驱动协调控制展开研究。首先,在两相旋转坐标下实现了永磁磁链的解耦,设计了一种超螺旋(Super Twisting Algorithm,STA)滑模永磁磁链观测器,实现了永磁磁链的准确观测。然后,建立不同速度区间与低矫顽力永磁体充/去磁状态的映射关系,提出了结合分区控制的最优转矩控制策略。在低速区内,饱和磁化状态使电机获得最优转矩;高速区内为了减少电机连续调节永磁体磁化状态带来的励磁损耗,采用分段调磁控制,并在定子电压、电流限制下,构建Lagrange辅助函数,通过对该函数求取极值获得最优转矩。最后,通过与传统弱磁控制进行仿真对比分析,表明STA滑模磁链观测器能够快速且准确辨识永磁磁链,并在全速域内实现最大转矩的输出,且降低了电机的铜耗,从而提高了整个电机系统的效率。