CN101860197B - 开关磁阻电机系统混沌扩频方法 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机系统混沌扩频方法，通过检测开关磁阻电机的实际转速，与其给定转速相比，得到开关磁阻电机转速偏差变化率，根据开关磁阻电机转速偏差变化率，由混沌调频策略，使其脉宽调制PWM信号频率值以调整前的频率值中心，上下混沌态抖动，调整调制度值即可改变脉宽调制PWM信号频率抖动幅度，使开关磁阻电机系统的电流功率谱分布得到了很大的改善，脉宽调制PWM信号基频及其倍频处尖峰基本消失，谱线变得平坦。能有效拓展频谱带宽，抑制谐波尖峰，从机理上抑制了开关磁阻电机系统的电磁干扰。不需要附加混沌电路，只需适当增加控制器对转速的采集频率，就能持系统的稳定性，提高开关磁阻电机系统电磁兼容性，性价比高、实用性强，效果好。

Description

开关磁阻电机系统混沌扩频方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机系统混沌扩频方法，尤其适用于各种相数、各种功率变换器主电路拓扑结构的开关磁阻电机系统。

背景技术

开关磁阻电机由于定转子结构简单、各相可独立控制等优点，特别适合一些环境恶劣、要求连续工作的应用领域。但是开关磁阻电机系统采用常规的脉宽调制PWM控制策略时，高频噪声与电磁干扰严重，在一定程度上限制了开关磁阻电机系统的推广。传统的抑制开关变换器、电机系统电磁干扰的方法多是在硬件上采取措施，如采用软开关设计、硬件滤波等。这些方法只是补救措施，并非从源头上降低电磁干扰，更增加了系统成本与体积。电磁干扰的产生与功率变换器开关管控制端的PWM信号频率和脉冲位置密切相关，因此采取措施调制PWM信号以扩展频带，是一种从机理上抑制电磁干扰的方法。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单，能降低电磁干扰的开关磁阻电机系统混沌扩频方法。

本发明的技术方案：

使开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率调整前为f₀，通过检测开关磁阻电机的实际转速，与其给定转速相比，得到开关磁阻电机转速偏差变化率ec，设定开关磁阻电机转速偏差变化率ec的取值区间为[a，b]，在此基础上得到开关磁阻电机转速偏差变化率模糊化参数y_ec，即

$y_{\mathrm{ec}}=\frac{14}{b-a}(\mathrm{ec}-\frac{a+b}{2})$

使脉宽调制PWM信号频率变化Δf，即

$\mathrm{\Δf}=\frac{-\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}\·f_0}{7+\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}}$

式中：β为调制度。就是脉宽调制PWM信号频率调整为f，即

f＝f₀+Δf

让开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率值以调整前的频率f₀值为中心，混沌态增加、降低，上下混沌态抖动，调整调制度β值即可改变脉宽调制PWM信号频率抖动幅度。

有益效果：由于采用了上述方案，基于混沌扩频方法，用开关磁阻电机转速偏差变化率调整脉宽调制PWM信号频率，使开关磁阻电机系统的电流功率谱分布得到了很大的改善，脉宽调制PWM信号基频及其倍频处尖峰基本消失了，谱线变得平坦。能有效拓展频谱带宽，抑制谐波尖峰，从机理上抑制了开关磁阻电机系统的电磁干扰。此方法不需要附加混沌电路，只需适当增加控制器对转速的采集频率，与传统混沌调频方法相比，对保持系统的稳定性更有利。是提高开关磁阻电机系统电磁兼容性的保证，性价比高、实用性强，效果好，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的开关磁阻电机三相不对称桥式功率变换器主电路结构示意图；

图2是本发明的调频前PWM频率为5kHz条件下功率变换器各相主开关供电总电流波形示意图；

图3是本发明的调频前电流功率谱示意图；

图4是本发明的调频后功率变换器各相主开关供电总电流波形示意图；

图5是本发明的调频后电流功率谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

图1所示，是开关磁阻电机三相不对称桥式功率变换器主电路图，图中每相由两个主开关和两个二极管与每相绕组连接，用电流传感器LEM测量该功率变换器各相主开关供电总电流i；然后通过测量该总电流i的频率得到开关磁阻电机的实际转速，与电机给定转速相比，得到开关磁阻电机转速偏差变化率ec，开关磁阻电机转速偏差变化率ec的取值区间为[a，b]，如a为-7，b为7，即开关磁阻电机转速偏差变化率ec的取值区间为[-7，7]，在此基础上计算得到开关磁阻电机转速偏差变化率模糊化参数y_ec，即

$y_{\mathrm{ec}}=\frac{14}{b-a}(\mathrm{ec}-\frac{a+b}{2})---\left(1\right)$

使脉宽调制PWM信号频率变化Δf，

$\mathrm{\Δf}=\frac{-\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}\·f_0}{7+\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}}---\left(2\right)$

式中：β为调制度，可为0.3、或0.2等，开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率调整前为f₀，即5.0kHz。脉宽调制PWM信号频率变化Δf在-

和

之间变化。就是脉宽调制PWM信号频率调整为f，即

f＝f₀+Δf                (3)

根据式(1)(2)(3)加入该混沌调频策略后，开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率以调整前的频率f₀为中心，在

和

之间上下混沌态抖动，调整调制度β值即可改变脉宽调制PWM信号频率抖动幅度。

图2所示，是调频前脉宽调制PWM信号频率为5.0kHz条件下功率变换器各相主开关供电总电流波形示意图，图3是调频前电流功率谱示意图。功率谱谐波点存在明显尖峰，特别是在1次、3次、5次谐波点处尖峰幅值相对较大。取β＝0.2，根据上述公式(1)(2)(3)计算得到脉宽调制PWM信号频率变化范围为4.17kHz至6.25kHz。调频后，脉宽调制PWM信号频率以调整前的频率5.0kHz为中心，在4.17kHz至6.25kHz之间混沌态抖动，功率变换器各相主开关供电总电流波形如图4所示，调频后电流功率谱如图5所示，基波峰值降低量约17dB，3次谐波点峰值降低了约20dB，基波凸起也可以通过增加调制度β值的方式进一步抑制。可见，基于混沌扩频方法，用开关磁阻电机转速偏差变化率ec调整脉宽调制PWM信号频率，使开关磁阻电机系统的电流功率谱分布得到了很大的改善，脉宽调制PWM信号基频5.0kHz及其倍频处尖峰基本消失了，谱线变得平坦；能有效拓展频谱带宽，抑制谐波尖峰，从机理上抑制了开关磁阻电机系统的电磁干扰。通过调节调制度β的值可进一步消减电流功率谱尖峰。调制度β的值越大频带扩展范围越宽，对谱线各谐波点峰值的削弱也越明显。

Claims (1)

1.开关磁阻电机系统混沌扩频方法，其特征是：

使开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率调整前为f₀，通过检测开关磁阻电机的实际转速，与开关磁阻电机系统给定转速相比，得到开关磁阻电机转速偏差变化率ec，设定开关磁阻电机转速偏差变化率ec的取值区间为[a，b]，在此基础上得到开关磁阻电机转速偏差变化率模糊化参数y_ec，即

$y_{\mathrm{ec}}=\frac{14}{b-a}(\mathrm{ec}-\frac{a+b}{2})$

使脉宽调制PWM信号频率变化Δf，即

$\mathrm{\Δf}=\frac{-\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}\·f_0}{7+\mathrm{\β}\·y_{\mathrm{ec}}}$

式中：β为调制度，

使脉宽调制PWM信号频率调整为f，即

f＝f₀+Δf

让开关磁阻电机系统的脉宽调制PWM信号频率值以调整前的频率f₀值为中心，混沌态增加、降低，即脉宽调制PWM信号频率值以调整前的频率f₀值为中心上下混沌态抖动，调整调制度β的值，即可改变脉宽调制PWM信号频率抖动幅度。

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