【摘 要】
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顶部驱动钻井技术在石油钻采中具有较为突出的技术和经济优势,引起了国内外相关企业和专家的广泛关注,并成为今后石油钻采装备的重要发展方向。考虑机组有限的安装空间和钻机顶驱低速、大转矩工作特点,提出在该系统中采用混合永磁记忆电机（Hybrid Permanent Magnet Memory Machine,HPM-MM）作为直驱式顶驱电机。为了满足系统宽范围高效调速的运行目标,本文以混合永磁记忆电机为对
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顶部驱动钻井技术在石油钻采中具有较为突出的技术和经济优势,引起了国内外相关企业和专家的广泛关注,并成为今后石油钻采装备的重要发展方向。考虑机组有限的安装空间和钻机顶驱低速、大转矩工作特点,提出在该系统中采用混合永磁记忆电机（Hybrid Permanent Magnet Memory Machine,HPM-MM）作为直驱式顶驱电机。为了满足系统宽范围高效调速的运行目标,本文以混合永磁记忆电机为对象,重点研究该电机的永磁磁链观测和结合磁化状态调节的控制策略。主要完成的研究内容如下:（1）首先介绍了本文采用的HPM-MM拓扑结构和调磁机理,在传统永磁同步电机的控制理论基础上,结合调磁绕组施加脉冲电流的动态过程,推导了HPM-MM在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,为后续的磁链观测和控制策略研究奠定理论基础。（2）提出了一种带参数辨识的自适应磁链观测器。通过分析自适应磁链观测器的设计过程,推导出定子电阻、电感等参数变化对永磁磁链观测误差的表达式,结合电机的具体数据可知:电阻变化对磁链观测误差影响较小,电感变化对磁链观测误差影响较大。仿真结果表明:与传统自适应磁链观测器相比,本文所提方法降低了永磁磁链的最大观测误差。（3）提出了一种分区调速控制策略。将电机在正向全充磁、反向半充磁和反向全充磁等特定磁化状态下永磁磁链对应的转速定义为转折速度,利用转折速度区分运行区域;低速区使电机处于正向饱和充磁状态运行,高速区优先采用分段调磁,然后采用超前角弱磁。同时,利用滑模速度控制器进一步提高系统的抗扰动能力。仿真结果表明:采用本文所提控制方法,能够实现低速下最大转矩输出;有效拓宽电机的调速范围;减小恒转矩运行下的定子电流,降低系统铜耗,提高调速过程中的运行效率。本文的研究工作为混合永磁记忆电机的磁化状态调节与电机驱动的协调控制提供了一定的理论和技术依据。
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