CN107070314A - 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法 - Google Patents

一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107070314A
CN107070314A CN201710281635.7A CN201710281635A CN107070314A CN 107070314 A CN107070314 A CN 107070314A CN 201710281635 A CN201710281635 A CN 201710281635A CN 107070314 A CN107070314 A CN 107070314A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
overlap
earlier date
advance
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710281635.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107070314B (zh
Inventor
周兴伟
周波
杨岚
王开淼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201710281635.7A priority Critical patent/CN107070314B/zh
Publication of CN107070314A publication Critical patent/CN107070314A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107070314B publication Critical patent/CN107070314B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，属于电机控制技术领域。该方法以电机稳态运行状态下获得最大输出转矩/电流比为目标，将提前换相角度作为调节量，以转速环输出的给定电流为反馈实现电励磁双凸极电机的最优提前角换相。初始设定一提前换相角度θ Oini，得到在该提前换相角度下的电流给定I R，通过比较当前电流给定I R(k)与前一换相角下的电流给定I R(k‑1)的大小关系确定提前换相角θ O的变化方向，如此往复，使得系统以最小电流下运行于该稳定状态。本方法无需电机、负载参数即可寻找到电励磁双凸极电机的最优提前换相角，增加了换相阶段的转矩输出，降低了转矩脉动，提高了系统效率。

Description

一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法
技术领域
本发明涉及一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，属于电机控制技术领域。
背景技术
电励磁双凸极电机是一种新型无刷直流电机，具有结构简单可靠、控制灵活、容错性能好、适用于恶劣工况的优点，在航空、风力发电等领域具有广阔的应用前景。电励磁双凸极电机基本的“三相三拍”导通模式在电感最大处进行换相，电流变化小，换相持续时间长，会引起较大的转矩跌落，在中高速阶段反电势幅值较大，该转矩跌落尤为明显。提前换相能够加快电流变化率，减小换相时间，是一种可行的提高电励磁双凸极电机换相转矩的途径，目前，不少学者提出多种提前角度换相的控制方法。
戴卫力等公开的“双凸极电机提前角度控制方法及其电路”(中国，公开日：2016年11月15日，公开号：1862946)专利中公开了一种双凸极电机提前角度控制方法及其电路，其通过对位置信号倍频实现提前角度控制，一定程度上提高了系统转矩输出。但该方法需要增加额外硬件电路，且没有给出系统提前换相角度的选取方法。
王寅等公开的“三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统”(中国，公开日：2015年3月16日，公开号：104716878A)专利中公开了一种设置提前换相角、提前开通角、滞后关断角的双凸极电机控制方法，提高了双凸极电机驱动系统的输出功率和工作效率。但其增加了多个导通状态，增加了控制的复杂性，多个状态的切换需要设置一定死区，一定程度上降低了系统效率，且其没有给出提前换相角、提前开通角、滞后关断角的选取方法，实施困难。
刘星等公开的“电励磁双凸极电动机三相六拍控制策略研究”(中国电机工程学报，2013年4月25日，第33卷，第12期，138-145页)论文中介绍了一种“三相六拍”控制策略，其在主电路上下管开通时间同时提前一个角度开通的基础上，再将主电路上管各提前另一个角度开通和关断，以增加电励磁双凸极电机的输出转矩。但其控制角度选取与电机参数、负载等多个物理量相关，实际实施过程复杂。
目前诸多学者通过对电励磁双凸极电机提前换相、增加导通状态来增加转矩输出，但换相角度的选取与电机参数、负载状况等多个物理量相关，实际运行中各个参数变化且难以直接测量，增加了实施难度；且多个导通状态的切换增加了功率器件的开关损耗，死区时间的设置降低了双凸极电机系统的效率。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，包括如下步骤：
步骤1，根据电励磁双凸极电机当前转速n、给定转速n*的差值Δn与设定转速稳态阀值ε的关系得到提前换相角自优化控制使能信号，若使能，则开始提前换相角自优化控制，进行步骤2，否则继续执行步骤1；
步骤2，定义第k次调节的提前换相角为θO(k)，k为自然数，该提前换相角θO(k)下的系统转速外环输出给定电流为IR(k)，定义相邻两次提前换相角差值ΔθO(k)＝θO(k)-θO(k-1)，相邻两次系统给定电流差值ΔIR(k)＝IR(k)-IR(k-1)，系统每次调节提前换相角步长设置为θOs，其中：θO(k-1)为第k-1次提前换相角，IR(k-1)为提前换相角θO(k-1)时的给定电流；
步骤3，初始化设定θO(0)＝θOini，ΔθO(1)＝θOs，其中：θO(0)为提前换相角的初始值，ΔθO(1)为提前换相角初始调节量，分别记录k＝0、k＝1时的系统给定电流IR(0)、IR(1)，并计算给定电流变化量ΔIR(1)＝IR(1)-IR(0)，其中θOini为设定的初始提前换相角设定值；
步骤4，根据当给定电流的变化量ΔIR(k)及提前换相角调节量ΔθO(k)确定下一步提前换相角调节量ΔθO(k+1)；
步骤5，更新提前换相角θO(k+1)＝θO(k)+ΔθO(k+1)；
步骤6，记录当前提前换相角控制下的系统给定电流IR(k+1)；
步骤7，计算给定电流变化量ΔIR(k+1)＝IR(k+1)-IR(k)；
步骤8，令k＝k+1，循环执行步骤4—7。
步骤1中所述提前换相角自优化控制使能信号产生方法，计算Δn＝n-n*，若|Δn|<ε，则使能提前换相角自优化控制，若|Δn|≥ε，则不使能该控制。
步骤4中所述下一步提前换相角调节量ΔθO(k)选取方法，若ΔIR(k)、ΔθO(k)满足ΔIR(k)<0&ΔθO(k)>0或者ΔIR(k)>0&ΔθO(k)<0，则设置ΔθO(k+1)＝θOs；否则设置ΔθO(k+1)＝-θOs。
本发明的有益效果如下：
(1)无需增加额外硬件电路，便能够实现电励磁双凸极电机提前角度换相。
(2)无需获取电机参数、负载等物理量即可实现电励磁双凸极电机在最优提前角的换相。
(3)该控制方法无需增加导通状态，实现简单，减少了变换器死区时间，提高了双凸极电机系统效率。
附图说明
图1是本发明提供的电励磁双凸极电机及变换器驱动拓扑图。
图2是电励磁双凸极电机的截面图。
图3是电励磁双凸极电机的“三相三拍”导通方式图。
图4是本系统控制框图。
图5是本发明的提前换相角自优化控制流程图。
图6是本发明控制方法下的电励磁双凸极电机三相电流与自感曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
本发明针对的电励磁双凸极电机及变换器驱动拓扑如图1所示，电励磁双凸极电机由三相全桥变换器驱动，励磁部分由不对称半桥变换器驱动。电励磁双凸极电机截面如图2所示，定转子均为凸极结构，转子上既无永磁体也无绕组。电励磁双凸极电机常采用的“三相三拍”通电方式如图3所示，一个电角度周期分为三个导通状态。本发明的系统控制框图如图4所示，系统采用转速外环、电流内环的控制方式，根据电机当前转速与给定转速的关系决定是否使能提前换相角自优化控制模块。图5是本发明所提出的提前换相角自优化控制流程图。图6是本发明控制下的电励磁双凸极电机三相电流示意图。
本发明具体实施步骤如下：
1、根据电机实际转速n与给定转速n*的差值与设定稳态阀值ε的关系决定是否使能提前换相角自优化控制模块。其中使能信号产生的依据是：若|n-n*|<ε，则视为DSEM(电励磁双凸极电机)达到稳态，使能提前换相角自优化控制模块；否则认为电励磁双凸极电机未达到稳态，继续进行使能信号的判断。
2、初始化提前换相角自优化控制，初始设定提前换相角θO(0)＝θOini，其中θOini为提前换相角的初始设定值，记录当前状态下系统转速调节器输出的给定电流IR(0)，初始换相角调节量ΔθO(1)＝θOs，其中θOs为换相角调节量初始设定值。
3、下一次的提前换相角θO(1)＝θO(0)+ΔθO(1)，记录该提前换相角下的转速调节器输出的给定电流IR(1)，并计算给定电流变化量ΔIR(1)＝IR(1)-IR(0)。
4、根据给定电流变化ΔIR(1)及当前换相角调节ΔθO(1)确定下一换相角调节量ΔθO(2)，若ΔIR(1)<0&ΔθO(1)>0或者ΔIR(1)>0&ΔθO(1)<0，则设置ΔθO(2)＝θOs；否则设置ΔθO(2)＝-θOs。
5、依次地，定义系统第k次调节的提前换相角为θO(k)，k为自然数，该提前换相角θO(k)下的系统转速调节器输出给定电流为IR(k)，换相角调节量ΔθO(k)＝θO(k)-θO(k-1)，其中：θO(k-1)为第k-1次提前换相角，IR(k-1)为提前换相角θO(k-1)时的电流给定，给定电流变化量ΔIR(k)＝IR(k)-IR(k-1)，提前换相角每次调节步长为θOs。
6、根据当给定电流的变化量ΔIR(k)及上一次提前换相角调节量ΔθO(k)确定下一步提前换相角调节量ΔθO(k)，若ΔIR(k)、ΔθO(k)满足ΔIR(k)<0&ΔθO(k)>0或者ΔIR(k)>0&ΔθO(k)<0，则设置ΔθO(k+1)＝θOs；否则设置ΔθO(k+1)＝-θOs，其中ΔθO(k+1)为k+1次提前换相角调节量。
7、更新提前换相角θO(k+1)＝θO(k)+ΔθO(k+1)。
8、记录当前提前换相角控制下的系统给定电流IR(k+1)。
9、计算给定电流变化量ΔIR(k+1)＝IR(k+1)-IR(k)。
10、更新k＝k+1，循环执行上述步骤6—9。
通过上述步骤即可实现电励磁双凸极电机在最优提前角换相，获得最大输出转矩/电流比，增加了转矩输出，提高了系统效率。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，根据电励磁双凸极电机当前转速n、给定转速n*的差值Δn与设定转速稳态阀值ε的关系得到提前换相角自优化控制使能信号，若使能，则开始提前换相角自优化控制，进行步骤2，否则继续执行步骤1；
步骤2，定义第k次调节的提前换相角为θO(k)，k为自然数，该提前换相角θO(k)下的系统转速外环输出给定电流为IR(k)，定义相邻两次提前换相角差值ΔθO(k)＝θO(k)-θO(k-1)，相邻两次系统给定电流差值ΔIR(k)＝IR(k)-IR(k-1)，系统每次调节提前换相角步长设置为θOs，其中：θO(k-1)为第k-1次提前换相角，IR(k-1)为提前换相角θO(k-1)时的给定电流；
步骤3，初始化设定θO(0)＝θOini，ΔθO(1)＝θOs，其中：θO(0)为提前换相角的初始值，ΔθO(1)为提前换相角初始调节量，分别记录k＝0、k＝1时的系统给定电流IR(0)、IR(1)，并计算给定电流变化量ΔIR(1)＝IR(1)-IR(0)，其中θOini为设定的初始提前换相角设定值；
步骤4，根据当给定电流的变化量ΔIR(k)及提前换相角调节量ΔθO(k)确定下一步提前换相角调节量ΔθO(k+1)；
步骤5，更新提前换相角θO(k+1)＝θO(k)+ΔθO(k+1)；
步骤6，记录当前提前换相角控制下的系统给定电流IR(k+1)；
步骤7，计算给定电流变化量ΔIR(k+1)＝IR(k+1)-IR(k)；
步骤8，令k＝k+1，循环执行步骤4—7。
2.根据权利要求1所述的一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，步骤1中所述提前换相角自优化控制使能信号产生方法，计算Δn＝n-n*，若|Δn|<ε，则使能提前换相角自优化控制，若|Δn|≥ε，则不使能该控制。
3.根据权利要求1所述的一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法，步骤4中所述下一步提前换相角调节量ΔθO(k)选取方法，若ΔIR(k)、ΔθO(k)满足ΔIR(k)<0&ΔθO(k)>0或者ΔIR(k)>0&ΔθO(k)<0，则设置ΔθO(k+1)＝θOs；否则设置ΔθO(k+1)＝-θOs。
CN201710281635.7A 2017-04-26 2017-04-26 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法 Active CN107070314B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710281635.7A CN107070314B (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710281635.7A CN107070314B (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107070314A true CN107070314A (zh) 2017-08-18
CN107070314B CN107070314B (zh) 2019-02-05

Family

ID=59604638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710281635.7A Active CN107070314B (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107070314B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108039841A (zh) * 2018-01-02 2018-05-15 南京航空航天大学 双凸极电机驱动系统的提前角度自适应控制方法和系统
CN109067265A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 珠海格力电器股份有限公司 电机控制方法、控制装置及空调设备
CN109088578A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 珠海格力电器股份有限公司 一种电机控制方法、系统及空调
CN113676094A (zh) * 2021-07-29 2021-11-19 南京航空航天大学 一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法
CN113824359A (zh) * 2021-09-10 2021-12-21 南京信息工程大学 一种双凸极电机提前角自寻优控制方法及系统
CN114244241A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 河海大学 一种电励磁双凸极电机最优提前换相角度在线选取方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0790700B1 (en) * 1996-02-15 2001-11-21 Dana Corporation Apparatus for external inductance sensing for variable reluctance motor commutation
US20030193309A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-16 Yilmaz Sozer Control method for switched reluctance motor
CN1862946A (zh) * 2006-04-14 2006-11-15 南京航空航天大学 双凸极电机提前角度控制方法及其电路
CN103684143A (zh) * 2013-11-21 2014-03-26 南京航空航天大学 一种基于换相点电流响应的电励磁双凸极电机起动加速无位置传感器方法
CN104716878A (zh) * 2015-03-16 2015-06-17 南京航空航天大学 三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统
CN105790651A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 南京航空航天大学 一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0790700B1 (en) * 1996-02-15 2001-11-21 Dana Corporation Apparatus for external inductance sensing for variable reluctance motor commutation
US20030193309A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-16 Yilmaz Sozer Control method for switched reluctance motor
CN1862946A (zh) * 2006-04-14 2006-11-15 南京航空航天大学 双凸极电机提前角度控制方法及其电路
CN103684143A (zh) * 2013-11-21 2014-03-26 南京航空航天大学 一种基于换相点电流响应的电励磁双凸极电机起动加速无位置传感器方法
CN104716878A (zh) * 2015-03-16 2015-06-17 南京航空航天大学 三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统
CN105790651A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 南京航空航天大学 一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108039841A (zh) * 2018-01-02 2018-05-15 南京航空航天大学 双凸极电机驱动系统的提前角度自适应控制方法和系统
CN108039841B (zh) * 2018-01-02 2019-06-11 南京航空航天大学 双凸极电机驱动系统的提前角度自适应控制方法和系统
CN109067265A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 珠海格力电器股份有限公司 电机控制方法、控制装置及空调设备
CN109088578A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 珠海格力电器股份有限公司 一种电机控制方法、系统及空调
CN109088578B (zh) * 2018-08-20 2020-06-30 珠海格力电器股份有限公司 一种电机控制方法、系统及空调
CN113676094A (zh) * 2021-07-29 2021-11-19 南京航空航天大学 一种双凸极发电机全桥可控发电系统的控制方法
CN113824359A (zh) * 2021-09-10 2021-12-21 南京信息工程大学 一种双凸极电机提前角自寻优控制方法及系统
CN113824359B (zh) * 2021-09-10 2023-07-04 南京信息工程大学 一种双凸极电机提前角自寻优控制方法及系统
CN114244241A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 河海大学 一种电励磁双凸极电机最优提前换相角度在线选取方法
CN114244241B (zh) * 2021-12-22 2024-04-12 河海大学 一种电励磁双凸极电机最优提前换相角度在线选取方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107070314B (zh) 2019-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107070314B (zh) 一种电励磁双凸极电机提前换相角自优化控制方法
CN110829939B (zh) 一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法
CN204089664U (zh) 基于Buck变换器的无刷直流电机驱动电路
CN105162371A (zh) 抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统及方法
CN103337938A (zh) 一种12/4极单绕组无轴承开关磁阻电机及其控制方法
CN105305894B (zh) 一种基于转矩分配函数在线修正的srm转矩脉动最小化控制方法
Amissa et al. Switched reluctance generator for variable speed wind energy applications
CN205051611U (zh) 抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统
CN102158163A (zh) 永磁双凸极电机可控整流发电系统
CN108512465B (zh) 一种开关磁阻电机共上管功率变换器快速换相的控制方法
Zan et al. A new control strategy for SR generation system based on modified PT control
Song et al. Improved direct torque control method of brushless doubly-fed reluctance machines for wind turbine
CN103095193B (zh) 一种应用于无刷直流电机的驱动系统
CN109347371A (zh) 一种基于电流预测的无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法
JP2009095099A (ja) 永久磁石同期電動機のパルス振幅変調制御装置
CN102223129A (zh) 电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统
CN202121537U (zh) 一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器
CN201150043Y (zh) 开关磁阻风力发电装置
Ji et al. MPPT control of variable speed wind power generation system using switched reluctance generator and AC-AC converter
CN105207548A (zh) 电子换向串励直流电机四象限运行控制装置及其方法
Hanmei et al. Increasing output power of switched reluctance generator with three-level power converter
CN108429509A (zh) 开关磁阻电机分段pwm占空比控制方法
CN210068451U (zh) 一种卤水结晶泵控制装置
CN203086395U (zh) 一种应用于无刷直流电机的驱动系统
Chen et al. Excitation for establishing voltage of switched reluctance generator at low rotor speed

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant