西安理工大学自动化与信息工程学院、陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室的研究人员李生民、张泽灵、郭思语、孙旭霞、赵丹，在2019年《电工技术学报》1上撰文，针对混合励磁同步电机（HESM）的电枢电流和励磁电流与机械角速度之间的非线性耦合问题，在基本电流控制实现输出低速大转矩、宽调速范围的基础上，利用非线性系统的微分几何理论，通过坐标变换与状态反馈，推导出精确线性化解耦条件及解耦矩阵，并得到三个可控制的线性子系统，即直轴电流子系统、励磁电流子系统和机械角速度子系统，实现HESM调速系统全局范围内电流环动态解耦控制。 通过精确线性化控制、部分线性化控制与传统PI控制仿真对比，结果表明，所提出的精确线性化控制策略具有良好的转速能力与较强的鲁棒性，系统动、静态性能均得到提升。 混合励磁同步电机（Hybrid Excitation Synchronous Motor, HESM）是一种将电励磁同步电机和永磁同步电机（Permanent Magnetic Synchronous Motor, PMSM）相结合的新型电机，它综合了电励磁电机调磁方便和永磁同步电机功率密度高、效率高、转矩/质量比大等优点，同时又克服了永磁同步电机气隙调节困难且永磁体易失磁等缺陷，适用于宽调速范围、输出电压稳定以及输出转矩和功率大的场合。 日本学者S. Shinnaka等通过坐标系变换推导出HESM的动态数学模型，提出了仅适用于隐极式HESM的id=0控制方法，该方法计算量小、控制简单，但针对凸极率较大的HESM，该方没有考虑磁阻转矩，未能使电机转矩输出能力得到充分地发挥。 有学者针对凸极HESM提出了基于速度分区设计的基本电流控制，实现了低速区增磁与高速区弱磁的分段控制方法，拓宽了电机调速范围、提高了输出低速大转矩的能力。 有学者首次将反馈线性化引入HESM调速系统，将d轴电流与电机转速进行解耦控制，实现了电机的动态解耦，提高了系统的动态响应，但该方法并未考虑d轴电流与励磁电流之间的乘积耦合现象；其次该文仅在低速区空载情况下进行了仿真分析，并未验证存在负载扰动时系统的动态响应能力，且并未针对弱磁基速以上的工况进行理论分析与仿真。 有学者提出了基于全局铜耗最小原则的HESM状态反馈线性化控制，金木水火土查询表实现了各电流分量与电机转速之间的解耦，由于非线性系统总相对阶小于系统阶数，仅研究了部分解耦控制，不可避免地会出现内动态问题（控制输入使输出为零，输入-输出线性化中“不能观的部分”即为系统内动态，它不可从外部的输入-输出关系观测出，其稳定性取决于零点，即通过控制输入使输出为零，此时的内动态成为零动态）；但该文未对引入的零动态进行全局指数稳定研究。 本文针对凸极HESM调速系统在文献[14]提出的基本电流控制的基础上，利用微分几何多输入多输出仿射非线性解耦控制理论，研究HESM调速系统仿射非线性标准形式，得出精确线性化条件和线性化设计方法，并利用Matlab/Simulink平台进行了仿线 转子磁极分割型混合励磁同步电机结构示意图
|