CN106655912B - 一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电机控制技术领域内的一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，一）检测电机的转速信号，并将其与给定的转速参考值送入速度调节器进行运算，得到电流参考值I*；二）检测电机的转矩脉动信号△T，并将其与给定的转矩脉动信号参考值一起送入转矩脉动调节器进行运算，得出励磁相重叠角△θ和励磁相电流缩小系数c（0<c<1）；三）检测电机的位置；四）将I*、△θ、c和检测的电机位置送入励磁相选择器运算得出励磁相电流Iref；五）转矩脉动的控制：改变△θ、c，输出新的励磁相电流，控制电机的运转，并循环以上步骤；步骤一、二和三是同步进行的；本发明可降低电机运转时产生的转矩脉动，减小电机噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电机的控制方法，特别涉及一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法。
背景技术
开关磁阻电机具有结构简单、可以长时间工作在恶劣环境下；各相单独供电，可构成极高的可靠性系统；高启动转矩、低起动电流；可以通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求等众多优点，使得开关磁阻电机具有很好的发展与应用。然而由于开关磁阻电机的双凸极结构和各相单独工作的特殊性，导致开关磁阻电机的转矩脉动大，存在较严重的噪声问题，从而限制了开关磁阻电机的广泛应用，如何降低开关磁阻电机转矩脉动是目前开关磁阻电机需要解决的难题。
现有技术中，通过改变开关磁阻电机的励磁方案来抑制电机的转矩脉动，开关磁阻电机的励磁方案有单相励磁、双相励磁以及单双混合励磁三种方案。单相励磁在换相的时候会产生较大的转矩降落，双相励磁则会产生较大的转矩冲击，单双混合励磁虽然是结合了单相与双相励磁两种方案，但是依然无法抑制转矩脉动大的问题，因此，对电机转动脉动控制的研究很重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足之处，提供一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，本发明可进一步降低电机运转时产生的转矩脉动，减小电机噪声。
本发明的目的是这样实现的：一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤一）检测电机的转速信号，并将其与给定的转速参考值送入速度调节器进行运算，得到电流参考值I*；
步骤二）检测电机的转矩脉动信号△T，并将其与给定的转矩脉动信号参考值一起送入转矩脉动调节器进行运算，得出励磁相重叠角△θ和励磁相电流缩小系数c；
步骤三）检测电机的位置；
步骤四）将电流参考值I*、励磁相重叠角△θ、励磁相电流缩小系数c和检测的电机位置送入励磁相选择器运算得出励磁相电流Iref；
步骤五）转矩脉动的控制：改变△θ、c，输出新的励磁相电流，控制电机的运转，并循环以上步骤；
其中，步骤一、步骤二和步骤三是同步进行的，0<c<1。
作为本发明的进一步改进，步骤三中，电机运转时确定励磁相电流的方法，具体地为，将各相励磁相电流Iref进行分配：各相前二分之一的励磁相角度减少△θ且对应的励磁相电流值为I2，各相后二分之一的励磁相角度增大△θ且对应的励磁相电流值为I1；其中，I2与I1的比例缩小，缩小系数为c，即c=I2/I1。
步骤五中，转矩脉动的控制方法，具体地为，将励磁相电流Iref和检测到的实际相电流Iphase送入电流调节器输出新的占空比，将该占空比输出给电机驱动电路，控制电机的运转。
与现有技术相比，本发明通过对励磁相分配角度△θ和励磁相电流缩小系数c的不断调节，减小转矩脉动信号△T，本发明简单可行，可有效抑制转矩脉动，降低电机噪声，本发明可应用于开关磁阻电机的低转矩纹波的控制工作中。
附图说明
图1为本发明的控制原理框图。
图2为本发明中以五相电机为例的电机驱动电路原理图。
图3为本发明中五相电机的初始位置下各相参考电流与励磁相角度的关系图。
图4为现有技术中五相电机的初始位置下各相参考电流与励磁相角度的关系图。
图5为本发明与现有技术中五相电机中加入不同的励磁相分配角度△θ和励磁相电流缩小系数c下对应的转矩脉动曲面图。
图6为本发明中以五相电机为例的c=0.2且不同励磁相分配角度△θ下对应的转矩特性图。
图7为本发明中以五相电机为例的c=0.4且不同励磁相分配角度△θ下对应的转矩特性图。
图8为本发明中以五相电机为例的c=0.6且不同励磁相分配角度△θ下对应的转矩特性图。
图9为本发明中以五相电机为例的c=0.8且不同励磁相分配角度△θ下对应的转矩特性图。
具体实施方式
如图1～9所述，本发明提供一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，具体包括以下步骤（如图1所示）：
步骤一）检测电机的转速信号，并将其与给定的转速参考值送入速度调节器进行运算，得到电流参考值I*；
步骤二）检测电机的转矩脉动信号△T，并将其与给定的转矩脉动信号参考值一起送入转矩脉动调节器进行运算，得出励磁相重叠角△θ和励磁相电流缩小系数c；
步骤三）检测电机的位置；
步骤四）将电流参考值I*、励磁相重叠角△θ、励磁相电流缩小系数c和检测的电机位置送入励磁相选择器运算得出励磁相电流Iref；
步骤五）转矩脉动的控制：改变△θ、c，输出新的励磁相电流，控制电机的运转，并循环以上步骤；
其中，步骤一、步骤二和步骤三是同步进行的，0<c<1。
步骤三中，电机运转时确定励磁相电流的方法，具体地为，将各相励磁相电流Iref进行分配：各相前二分之一的励磁相角度减少△θ且对应的励磁相电流值为I2，各相后二分之一的励磁相角度增大△θ且对应的励磁相电流值为I1；其中，I2与I1的比例缩小，缩小系数为c，即c=I2/I1；
步骤五中，转矩脉动的控制方法，具体地为，将励磁相电流Iref和检测到的实际相电流Iphase送入电流调节器输出新的占空比，将该占空比输出给电机驱动电路，控制电机的运转。
下面结合具体实施例对本发明的控制方法作进一步说明。
如图2~5所示，以五相开关磁阻电机为例，本发明中的电机驱动电路包括电源、与电源并联连接的5个结构相同的相电路，单个相电路包括第一二极管D1、第一功率开关管M1、第二二极管D2、第二功率开关管M2以及第一电感L1，第一二极管D1的负极与电源的正极连接，第一二极管D1的正极与第一功率开关管M1的发射极连接，第一功率开关管M1的集电极与电源的负极连接，第一电感L1的一端接第一二极管D1和第一功率开关管M1之间的电极点，第二二极管D2的正极与电源的负极连接，第二二极管D2的负极与第二功率开关管M2的集电极连接，第二功率开关管M2的发射极与电源的正极连接，第一电感L1的另一端接在第二二极管D2和第二功率开关管M2之间的电极点；另外，需要说明的是，其它开关磁阻电机中，也可使用本实施例所举的电机驱动电路，只需要改变相电路的数量即可，相电路的数量与电机的相数相同。
各相前二分之一的励磁相角度中的励磁相电流I2为后二分之一励磁相角度中励磁相电流I1的c倍（0<c<1），I1为固定电流值，励磁相电流I2和I1下对应的励磁相角度分别为4.5 º -△θ、4.5 º +△θ（各相参考电流与励磁相角度的关系，如图3所示）；
现有技术中，各相前二分之一的励磁相角度中的励磁相电流I2为后二分之一励磁相角度中励磁相电流I1的d倍，d为任意取的固定系数值且0<d<1，励磁相电流I2和I1下对应的励磁相角度均为4.5 º（各相参考电流与励磁相角度的关系，如图4所示）；
△θ=0对应的转矩脉动区域所示，即励磁相电流按照图4所示励磁相角度进行分配时，电机运转时的转矩脉动较大；如图5中，△θ≠0、c∈（0,1）对应的转矩脉动区域所示，加入励磁相分配角度△θ和缩小系数c对电机进行控制，此时的转矩脉动为特定的励磁相分配角度△θ和缩小系数c进行控制的结果，不同励磁相分配角度△θ对应不同的缩小系数c即可获得最小转矩脉动，电机运转时的转矩脉动相对于现有技术而言，转矩脉动得到了有效抑制，本发明中的励磁相分配角度△θ和缩小系数c是根据转矩脉动的大小进行实时调节的，经过实时调整后的转矩脉动会进一步得到有效抑制。
为了更加直观的看出本发明控制转矩脉动的效果，本发明给出了图6～图9，其中，图6～图9的任一图中横坐标为电机的转子位置，纵坐标为转矩；图6中，c=0.2，对应不同励磁相分配角度△θ下的转矩特性；图7中，c=0.4，对应不同励磁相分配角度△θ下的转矩特性；图8中，c=0.6，对应不同励磁相分配角度△θ下的转矩特性；图9中，c=0.8，对应不同励磁相分配角度△θ下的转矩特性； 相同的励磁相电流缩小系数的情况下，可以发现通过改变△θ可以抑制转矩脉动；改变励磁相电流缩小系数，在相同的励磁相分配角度△θ下，转矩脉动得到有效抑制；另外，对照图6～图9可以看出，相同励磁相分配角度△θ对应不同的励磁相电流缩小系数时，电机的转矩特性也不同，即调节励磁相电流缩小系数时也能达到抑制电机转矩脉动的效果，而本发明中加入励磁相分配角度△θ和缩小系数c对电机进行控制，不同励磁相分配角度△θ对应不同的缩小系数c即可获得最小转矩脉动，电机运转时的转矩脉动相对于现有技术而言，转矩脉动得到了有效抑制，本发明中的励磁相分配角度△θ和缩小系数c是根据转矩脉动的大小进行实时调节的，经过实时调整后的转矩脉动会进一步得到有效抑制。
综上所述，本发明通过励磁相分配角度△θ和缩小系数c控制转矩脉动具有显著的技术效果，能进一步降低电机运转时产生的转矩脉动，可有效降低电机噪声，本发明可应用于开关磁阻电机的低转矩纹波的控制工作中。
不局限于上述实施例，本发明还适用于其他相数的开关磁阻电机，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，其特征在于， 具体包括以下步骤：
步骤一）检测电机的转速信号，并将其与给定的转速参考值送入速度调节器进行运算，得到电流参考值I*；
步骤二）检测电机的转矩脉动信号△T，并将其与给定的转矩脉动信号参考值一起送入转矩脉动调节器进行运算，得出励磁相重叠角△θ和励磁相电流缩小系数c；
步骤三）检测电机的位置；
步骤四）将电流参考值I*、励磁相重叠角△θ、励磁相电流缩小系数c和检测的电机位置送入励磁相选择器运算得出励磁相电流Iref；
步骤五）转矩脉动的控制：改变△θ、c，输出新的励磁相电流，控制电机的运转，并循环以上步骤；
其中，步骤一、步骤二和步骤三是同步进行的且0<c<1。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，其特征在于，步骤五中，电机运转时确定新的励磁相电流的方法，具体地为，将各相励磁相电流Iref进行分配：各相前二分之一的励磁相角度减少△θ且对应的励磁相电流值为I2，各相后二分之一的励磁相角度增大△θ且对应的励磁相电流值为I1；其中，I2与I1的比例缩小，缩小系数为c，即c=I2/I1。
3.根据权利要求1或2所述的一种开关磁阻电机低转矩脉动的控制方法，其特征在于，步骤五中，转矩脉动的控制方法，具体地为，将新的励磁相电流Iref和检测到的实际相电流Iphase送入电流调节器输出新的占空比，将该占空比输出给电机驱动电路，控制电机的运转。
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