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。

永磁同步电机滑模观测法转子位置检测

永磁同步电机中高速转子位置检测时,传统的滑模变结构观测法中的低通滤波器无法有效滤除掉电机中产生的大量谐波等干扰信号。为了提高转子位置检测精度,提出在低通滤波器之后引入卡尔曼滤波器来滤除系统中大量谐波,可以相应地减弱抖振。在MATLAB/Simulink平台进行建模仿真,仿真结果证明,该优化方法降低了传统滑模观测器转子角度检测滞后的情况并有效削弱抖振,转子角度误差变小,缩短扰动之后稳定跟踪转速所需时间,提升了电机性能。