CN108599667A - 开关磁阻电机的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为解决开关磁阻电机运行时转矩脉动大的技术问题，提供了一种开关磁阻电机的控制方法和系统，该控制方法包括以下步骤：获取开关磁阻电机的给定转速；获取开关磁阻电机的转子位置信号和各相的相电流；根据转子位置信号计算开关磁阻电机的反馈转速；根据给定转速和反馈转速计算开关磁阻电机的期望转矩；根据期望转矩分配开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据开关磁阻电机各相的输出转矩计算开关磁阻电机各相的期望电流；根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据驱动信号对开关磁阻电机进行控制。本发明能够有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。

Description

开关磁阻电机的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种开关磁阻电机的控制方法和一种开关磁阻电机的控制系统。
背景技术
开关磁阻电机的本体结构简单、成本低、可靠性高、性能优越，其转子没有绕组和永磁体，能以高速、超高速运行，同时适用于各种恶劣环境下，具有广阔的应用前景。
但是由于其结构的非线性，运行时转矩脉动大，噪声问题突出，传统的控制方式下，这些问题并不能得到有效的解决。降低开关磁阻电机转矩脉动是当前电力传动和电机控制界的突出问题和研究难点。
发明内容
本发明为解决开关磁阻电机运行时转矩脉动大的技术问题，提供了一种开关磁阻电机的控制方法和系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种开关磁阻电机的控制方法，包括以下步骤：获取所述开关磁阻电机的给定转速；获取所述开关磁阻电机的转子位置信号和各相的相电流；根据所述转子位置信号计算所述开关磁阻电机的反馈转速；根据所述给定转速和所述反馈转速计算所述开关磁阻电机的期望转矩；根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据所述开关磁阻电机各相的输出转矩计算所述开关磁阻电机各相的期望电流；根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据所述驱动信号对所述开关磁阻电机进行控制。
采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩。
采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩，包括：获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值；对所述速度误差实际值和所述速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值；根据所述速度误差模糊值和所述速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量；对所述期望转矩控制量进行线性变换以得到所述期望转矩。
根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，包括：确定转矩分配函数；根据所述转矩分配函数计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩之和，并根据所述开关磁阻电机各相的磁共能计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩。
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，包括：根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数；根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据所述神经网络的输入计算神经网络的输出；设定控制律，并根据所述控制律和所述神经网络的输出得到所述滑模函数的导数；设计李雅普诺夫函数，并根据所述滑模函数的导数求得所述李雅普诺夫函数的导数；设定自适应率，并在根据所述自适应率和所述李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成所述驱动信号。
一种开关磁阻电机的控制系统，包括：上位机，所述上位机用于设置给定转速；位置检测模块，所述位置检测模块用于获取所述开关磁阻电机的转子位置信号；电流检测模块，所述电流检测模块用于获取所述开关磁阻电机各相的相电流；处理模块，所述处理模块分别与所述上位机、所述位置检测模块和所述电流检测模块相连，以获取所述开关磁阻电机的给定转速、转子位置信号和各相的相电流，所述处理模块用于根据所述转子位置信号计算所述开关磁阻电机的反馈转速，并根据所述给定转速和所述反馈转速计算所述开关磁阻电机的期望转矩，以及根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据所述开关磁阻电机各相的输出转矩计算所述开关磁阻电机各相的期望电流，以及根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据所述驱动信号对所述开关磁阻电机进行控制。
所述处理模块采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩。
所述处理模块包括用于计算所述开关磁阻电机的期望转矩的速度调节器，所述速度调节器用于：获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值；对所述速度误差实际值和所述速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值；根据所述速度误差模糊值和所述速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量；对所述期望转矩控制量进行线性变换以得到所述期望转矩。
所述处理模块包括用于分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩的转矩分配单元，所述转矩分配单元用于：确定转矩分配函数；根据所述转矩分配函数计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩之和，并根据所述开关磁阻电机各相的磁共能计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩。
所述处理模块包括用于生成所述驱动信号的电流调节器，所述电流调节器用于：根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数；根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据所述神经网络的输入计算神经网络的输出；设定控制律，并根据所述控制律和所述神经网络的输出得到所述滑模函数的导数；设计李雅普诺夫函数，并根据所述滑模函数的导数求得所述李雅普诺夫函数的导数；设定自适应率，并在根据所述自适应率和所述李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成所述驱动信号。
本发明的有益效果：
本发明的开关磁阻电机的控制方法和系统，通过采用模糊PI控制调节转速，并采用神经网络自适应鲁棒滑模控制调节电流，能够快速响应转速、电流，具有较强的自适应能力，抑制电流尖峰，有效地抑制了开关磁阻电机的转矩脉动。
附图说明
图1为本发明实施例的开关磁阻电机的控制方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的开关磁阻电机的控制系统的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的开关磁阻电机的控制原理图；
图4为本发明一个实施例的速度调节器的控制原理图；
图5为本发明一个实施例的电流调节器的控制原理图；
图6为本发明实施例的开关磁阻电机的控制系统的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的开关磁阻电机的控制方法，包括以下步骤：
S1，获取开关磁阻电机的给定转速。
S2，获取开关磁阻电机的转子位置信号和各相的相电流。
在本发明的一个实施例中，开关磁阻电机可选用三相6/4极结构电机，即开关磁阻电机包括6个定子极和4个转子极，开关磁阻电机可由DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)芯片，例如型号为TMS320F28335的芯片进行控制。
参照图2，为开关磁阻电机供电的电源模块可通过功率变换模块连接到开关磁阻电机，电源模块还通过电源转换模块与DSP芯片相连。其中，电源转换模块可将电源模块提供的电源进行电压变换，降压为DSP芯片的额定电压，以通过DSP芯片的VDD、VSS和VDDIO端口为DSP芯片供电。DSP芯片的PWM端口可通过驱动模块连接到功率变换模块，驱动模块可对DSP芯片的PWM端口输出的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号电平进行放大，并可起到隔离DSP芯片和功率变换模块的作用，功率变换模块可根据放大后的PWM信号对开关磁阻电机的输出功率进行调节。
参照图2，DSP芯片可通过SCI端口连接到上位机，上位机可设置开关磁阻电机的给定转速，并将给定转速输出至DSP芯片。对应开关磁阻电机可设置有位置检测模块，以检测开关磁阻电机的转子位置信号，位置检测模块与DSP芯片的CAP端口相连，以将检测到的转子位置信号传输给DSP芯片。对应开关磁阻电机的三相端可设置有电流检测模块，以检测开关磁阻电机各相的相电流，电流检测模块与DSP芯片的ADC端口相连，以将检测到的相电流传输给DSP芯片。DSP芯片通过ADC端口获取到的相电流用以依下述步骤S3～S6对开关磁阻电机进行控制，在本发明的一个实施例中，电流检测模块所检测到的相电流还可用于开关磁阻电机的过流保护。具体地，参照图2，可在电流检测模块与DSP芯片的PDPINTA端口之间设置保护电路，以实现对开关磁阻电机的过流保护。
S3，根据转子位置信号计算开关磁阻电机的反馈转速。
S4，根据给定转速和反馈转速计算开关磁阻电机的期望转矩。
在本发明的一个实施例中，可采用模糊PI控制算法计算开关磁阻电机的期望转矩。进一步地，可获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值，并对速度误差实际值和速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值，以及根据速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量，以及对期望转矩控制量进行线性变换以得到期望转矩。
参照图3，可将给定转速n和反馈转速n*作为速度调节器的输入，其中，反馈转速n*可根据位置检测模块检测到的开关磁阻电机的转子位置信号，经速度计算获取。
具体地，参照图4，速度调节器可选取二维模糊控制器，模糊调节器的输入变量为速度误差模糊值E和速度误差变化量模糊值EC，输出变量为期望转矩控制量T*，Δkp、Δki是通过模糊算法得到的PI控制的参数整定量。
在获取到速度误差实际值和速度误差变化量实际值后，可对其进行模糊化，实际输入变量的变化范围为模糊输入变量的论域范围为[xmin,xmax]，模糊化公式为
其中，en、ecn分别为速度误差实际值和速度误差变量实际值，kE、kEC为比例因子，且
将速度误差模糊值E、速度误差变化量模糊值EC以及输出控制量T的论域均划分7个模糊集合，即{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZE)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}，同时由于输入输出量为连续值，故选取三角形作为模糊PI控制器控制量的隶属度函数，根据模糊规则进行计算，模糊规则如下：
Ⅰ、当误差变化率EC的值较大时，为保证系统的快速响应及稳定，应取较小的Δkp，适中的Δki；
Ⅱ、当误差变化率EC的值为中等大小时，为快速减小系统的误差，应适当增加Δkp的值，并取适中的Δki；
Ⅲ、当误差变化率EC的值较小时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取适中的Δki；
Ⅳ、当误差变化率E的值较大时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取较小的Δki；
Ⅴ、当误差变化率E的值为中等大小时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取较小的Δki；
Ⅵ、当误差变化率E的值为较大时，为保证系统的稳态性能，应取较小的Δkp，并取适中的Δki。
然后使用加权平均法进行解模糊化，输出期望转矩控制量T*：
其中，ui是模糊论域的子集，μ(ui)为输出子集对应的隶属度。
继而再将输出期望转矩控制量经过线性变换得到期望转矩Tref：
S5，根据期望转矩分配开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据开关磁阻电机各相的输出转矩计算开关磁阻电机各相的期望电流。
在本发明的一个实施例中，可确定转矩分配函数，并根据转矩分配函数计算开关磁阻电机各相的输出转矩之和，以及根据开关磁阻电机各相的磁共能计算开关磁阻电机各相的输出转矩。
参照图3，可将期望转矩Tref作为转矩分配单元的输入。具体地，可选择转矩分配函数的上升边缘和下降边缘均为余弦函数形式，其表达式为：
其中，m为开关磁阻电机相数，Nr为开关磁阻电机转子级数，θ0j为开关磁阻电机第j相的开通角，θ1j为开关磁阻电机第j相转矩增加结束时转子所对应的位置角，θ2j为开关磁阻电机第j相的关断角，θ3j为开关磁阻电机第j相转矩降为零时转子所对应的位置角。
然后根据下式计算开关磁阻电机的总输出转矩，即各项的输出转矩之和：
T＝Treff1(θ)+Treff2(θ)+Treff3(θ) (5)
其中，f1(θ)、f2(θ)、f3(θ)为开关磁阻电机的三相转矩的分配函数。
开关磁阻电机各相的输出转矩可根据磁共能来计算，计算公式如下：
其中，W′为开关磁阻电机一相的磁共能，ψ(θ,i)为开关磁阻电机一相的磁链，θ为转子位置角，k为开关磁阻电机的某一相，Tk(θ,i)为开关磁阻电机第k相转矩，ik为开关磁阻电机第k相电流。
由转速调节器得到的期望转矩Tref作为转矩分配单元的输入，通过转矩分配函数计算当前开通相以及下一开通相所对应的转矩，从而合理分配转矩。根据上述公式(7)即可求出各相期望电流iref。
S6，根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据驱动信号对开关磁阻电机进行控制。
在本发明的一个实施例中，可先根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数，再根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据神经网络的输入计算神经网络的输出，以及设定控制律，并根据控制律和神经网络的输出得到滑模函数的导数。然后设计李雅普诺夫函数，并根据滑模函数的导数求得李雅普诺夫函数的导数，以及设定自适应率，并在根据自适应率和李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成驱动信号。
参照图3，可将期望电流iref和电流检测模块检测到的电流i作为电流调节器的输入。
参照图5，电流调节器采用神经网络自适应鲁棒滑模控制，输出PWM波提供给功率变换器，对开关磁阻电机的电流进行调节，使系统的运动稳定且拥有良好的动态品质。
具体地，可设计滑模函数，iref为期望电流，i为相电流，则误差为e＝iref-i，滑模函数为：
其中，c为常数且c>0。
开关磁阻电机的电压方程为：
式中，U为相电压，R为相绕组电阻，ψ为磁链，ω为机械角速度。
由公式(9)可得
其中，L为相绕组电感，u为控制输出。
由式(10)和式(8)可得
其中，系数
本发明实施例的神经网络输入输出算法为：
ai＝W*Th(x)+ε(13)
其中，x为网络输入，j为网络隐含层第j个网络输入，cj是第j个神经元的中心位置，bj是第j个神经元的宽度，h＝[hj]T为高斯基函数的输出，W*为理想网络权值，ε为网络逼近误差。
神经网络输入取则神经网络输出为
其中，为神经网络的权值。
设定控制律为：
其中，sgn(s)为符号函数，ηsgn(s)为鲁棒项，用于克服干扰和神经网络误差逼近，以保证系统稳定。
将式(15)代入式(11)得
其中，
设计李雅普诺夫函数为：其中，γ＞0。
则由公式(16)可得
取自适应律为：
则
由于神经网络逼近误差ε为很小的正实数，取η≥ε，则
当时，s≡0，根据拉萨尔不变集原理，闭环系统渐进稳定，由DSP芯片生成PWM波输出。
DSP芯片输出的PWM波经过驱动模块控制功率变换模块，由功率变换模块改变开关磁阻电机的功率，完成对开关磁阻电机转速与电流的调节。
综上所述，根据本发明实施例的开关磁阻电机的控制方法，通过采用模糊PI控制调节转速，并采用神经网络自适应鲁棒滑模控制调节电流，能够快速响应转速、电流，具有较强的自适应能力，抑制电流尖峰，有效地抑制了开关磁阻电机的转矩脉动。
对应上述实施例，本发明还提出一种开关磁阻电机的控制系统。
如图6所示，本发明实施例的开关磁阻电机的控制系统，包括上位机10、位置检测模块20、电流检测模块30和处理模块40。
其中，上位机10用于设置给定转速；位置检测模块20用于获取开关磁阻电机的转子位置信号；电流检测模块30用于获取开关磁阻电机各相的相电流；处理模块40分别与上位机10、位置检测模块20和电流检测模块30相连，以获取开关磁阻电机的给定转速、转子位置信号和各相的相电流。处理模块40用于根据转子位置信号计算开关磁阻电机的反馈转速，并根据给定转速和反馈转速计算开关磁阻电机的期望转矩，以及根据期望转矩分配开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据开关磁阻电机各相的输出转矩计算开关磁阻电机各相的期望电流，以及根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据驱动信号对开关磁阻电机进行控制。
在本发明的一个实施例中，开关磁阻电机可选用三相6/4极结构电机，即开关磁阻电机包括6个定子极和4个转子极，处理模块40可为DSP芯片，例如型号为TMS320F28335的芯片。
如图2所示，为开关磁阻电机供电的电源模块可通过功率变换模块连接到开关磁阻电机，电源模块还通过电源转换模块与DSP芯片相连。其中，电源转换模块可将电源模块提供的电源进行电压变换，降压为DSP芯片的额定电压，以通过DSP芯片的VDD、VSS和VDDIO端口为DSP芯片供电。DSP芯片的PWM端口可通过驱动模块连接到功率变换模块，驱动模块可对DSP芯片的PWM端口输出的PWM信号电平进行放大，并可起到隔离DSP芯片和功率变换模块的作用，功率变换模块可根据放大后的PWM信号对开关磁阻电机的输出功率进行调节。
如图2所示，DSP芯片可通过SCI端口连接到上位机10，上位机10可设置开关磁阻电机的给定转速，并将给定转速输出至DSP芯片。对应开关磁阻电机可设置有位置检测模块20，以检测开关磁阻电机的转子位置信号，位置检测模块20与DSP芯片的CAP端口相连，以将检测到的转子位置信号传输给DSP芯片。对应开关磁阻电机的三相端可设置有电流检测模块30，以检测开关磁阻电机各相的相电流，电流检测模块30与DSP芯片的ADC端口相连，以将检测到的相电流传输给DSP芯片。DSP芯片通过ADC端口获取到的相电流用以依下述步骤S3～S6对开关磁阻电机进行控制，在本发明的一个实施例中，电流检测模块30所检测到的相电流还可用于开关磁阻电机的过流保护。具体地，参照图2，可在电流检测模块30与DSP芯片的PDPINTA端口之间设置保护电路，以实现对开关磁阻电机的过流保护。
在本发明的一个实施例中，处理模块40可采用模糊PI控制算法计算开关磁阻电机的期望转矩。进一步地，处处理模块40可包括用于计算开关磁阻电机的期望转矩的速度调节器，速度调节器可获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值，并对速度误差实际值和速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值，以及根据速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量，以及对期望转矩控制量进行线性变换以得到期望转矩。
如图3所示，可将给定转速n和反馈转速n*作为速度调节器的输入，其中，反馈转速n*可根据位置检测模块检测到的开关磁阻电机的转子位置信号，经速度计算获取。
具体地，如图4所示，速度调节器可选取二维模糊控制器，模糊调节器的输入变量为速度误差模糊值E和速度误差变化量模糊值EC，输出变量为期望转矩控制量T*，Δkp、Δki是通过模糊算法得到的PI控制的参数整定量。
在获取到速度误差实际值和速度误差变化量实际值后，可对其进行模糊化，实际输入变量的变化范围为模糊输入变量的论域范围为[xmin,xmax]，模糊化公式为
其中，en、ecn分别为速度误差实际值和速度误差变量实际值，kE、kEC为比例因子，且
将速度误差模糊值E、速度误差变化量模糊值EC以及输出控制量T的论域均划分7个模糊集合，即{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZE)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}，同时由于输入输出量为连续值，故选取三角形作为模糊PI控制器控制量的隶属度函数，根据模糊规则进行计算，模糊规则如下：
Ⅰ、当误差变化率EC的值较大时，为保证系统的快速响应及稳定，应取较小的Δkp，适中的Δki；
Ⅱ、当误差变化率EC的值为中等大小时，为快速减小系统的误差，应适当增加Δkp的值，并取适中的Δki；
Ⅲ、当误差变化率EC的值较小时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取适中的Δki；
Ⅳ、当误差变化率E的值较大时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取较小的Δki；
Ⅴ、当误差变化率E的值为中等大小时，为保证系统的快速响应，应取较大的Δkp，并取较小的Δki；
Ⅵ、当误差变化率E的值为较大时，为保证系统的稳态性能，应取较小的Δkp，并取适中的Δki。
然后使用加权平均法进行解模糊化，输出期望转矩控制量T*：
其中，ui是模糊论域的子集，μ(ui)为输出子集对应的隶属度。
继而再将输出期望转矩控制量经过线性变换得到期望转矩Tref：
在本发明的一个实施例中，处理模块40可包括用于分配开关磁阻电机各相的输出转矩的转矩分配单元，转矩分配单元可确定转矩分配函数，并根据转矩分配函数计算开关磁阻电机各相的输出转矩之和，以及根据开关磁阻电机各相的磁共能计算开关磁阻电机各相的输出转矩。
如图3所示，可将期望转矩Tref作为转矩分配单元的输入。具体地，可选择转矩分配函数的上升边缘和下降边缘均为余弦函数形式，其表达式为：
其中，m为开关磁阻电机相数，Nr为开关磁阻电机转子级数，θ0j为开关磁阻电机第j相的开通角，θ1j为开关磁阻电机第j相转矩增加结束时转子所对应的位置角，θ2j为开关磁阻电机第j相的关断角，θ3j为开关磁阻电机第j相转矩降为零时转子所对应的位置角。
然后根据下式计算开关磁阻电机的总输出转矩，即各项的输出转矩之和：
T＝Treff1(θ)+Treff2(θ)+Treff3(θ) (5)
其中，f1(θ)、f2(θ)、f3(θ)为开关磁阻电机的三相转矩的分配函数。
开关磁阻电机各相的输出转矩可根据磁共能来计算，计算公式如下：
其中，W′为开关磁阻电机一相的磁共能，ψ(θ,i)为开关磁阻电机一相的磁链，θ为转子位置角，k为开关磁阻电机的某一相，Tk(θ,i)为开关磁阻电机第k相转矩，ik为开关磁阻电机第k相电流。
由转速调节器得到的期望转矩Tref作为转矩分配单元的输入，通过转矩分配函数计算当前开通相以及下一开通相所对应的转矩，从而合理分配转矩。根据上述公式(7)即可求出各相期望电流iref。
在本发明的一个实施例中，处理模块40可包括用于生成驱动信号的电流调节器，电流调节器可先根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数，再根据开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据神经网络的输入计算神经网络的输出，以及设定控制律，并根据控制律和神经网络的输出得到滑模函数的导数。然后设计李雅普诺夫函数，并根据滑模函数的导数求得李雅普诺夫函数的导数，以及设定自适应率，并在根据自适应率和李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成驱动信号。
如图3所示，可将期望电流iref和电流检测模块检测到的电流i作为电流调节器的输入。
如图5所示，电流调节器采用神经网络自适应鲁棒滑模控制，输出PWM波提供给功率变换器，对开关磁阻电机的电流进行调节，使系统的运动稳定且拥有良好的动态品质。
具体地，可设计滑模函数，iref为期望电流，i为相电流，则误差为e＝iref-i，滑模函数为：
其中，c为常数且c>0。
开关磁阻电机的电压方程为：
式中，U为相电压，R为相绕组电阻，ψ为磁链，ω为机械角速度。
由公式(9)可得
其中，L为相绕组电感，u为控制输出。
由式(10)和式(8)可得
其中，系数
本发明实施例的神经网络输入输出算法为：
ai＝W*Th(x)+ε (13)
其中，x为网络输入，j为网络隐含层第j个网络输入，cj是第j个神经元的中心位置，bj是第j个神经元的宽度，h＝[hj]T为高斯基函数的输出，W*为理想网络权值，ε为网络逼近误差。
神经网络输入取则神经网络输出为
其中，为神经网络的权值。
设定控制律为：
其中，sgn(s)为符号函数，ηsgn(s)为鲁棒项，用于克服干扰和神经网络误差逼近，以保证系统稳定。
将式(15)代入式(11)得
其中，
设计李雅普诺夫函数为：其中，γ＞0。
则由公式(16)可得
取自适应律为：
则
由于神经网络逼近误差ε为很小的正实数，取η≥ε，则
当时，s≡0，根据拉萨尔不变集原理，闭环系统渐进稳定，由DSP芯片生成PWM波输出。
DSP芯片输出的PWM波经过驱动模块控制功率变换模块，由功率变换模块改变开关磁阻电机的功率，完成对开关磁阻电机转速与电流的调节。
综上所述，根据本发明实施例的开关磁阻电机的控制系统，通过采用模糊PI控制调节转速，并采用神经网络自适应鲁棒滑模控制调节电流，能够快速响应转速、电流，具有较强的自适应能力，抑制电流尖峰，有效地抑制了开关磁阻电机的转矩脉动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述开关磁阻电机的给定转速；
获取所述开关磁阻电机的转子位置信号和各相的相电流；
根据所述转子位置信号计算所述开关磁阻电机的反馈转速；
根据所述给定转速和所述反馈转速计算所述开关磁阻电机的期望转矩；
根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据所述开关磁阻电机各相的输出转矩计算所述开关磁阻电机各相的期望电流；
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据所述驱动信号对所述开关磁阻电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩。
3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩，包括：
获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值；
对所述速度误差实际值和所述速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值；
根据所述速度误差模糊值和所述速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量；
对所述期望转矩控制量进行线性变换以得到所述期望转矩。
4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，包括：
确定转矩分配函数；
根据所述转矩分配函数计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩之和，并根据所述开关磁阻电机各相的磁共能计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩。
5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，包括：
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数；
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据所述神经网络的输入计算神经网络的输出；
设定控制律，并根据所述控制律和所述神经网络的输出得到所述滑模函数的导数；
设计李雅普诺夫函数，并根据所述滑模函数的导数求得所述李雅普诺夫函数的导数；
设定自适应率，并在根据所述自适应率和所述李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成所述驱动信号。
6.一种开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，包括：
上位机，所述上位机用于设置给定转速；
位置检测模块，所述位置检测模块用于获取所述开关磁阻电机的转子位置信号；
电流检测模块，所述电流检测模块用于获取所述开关磁阻电机各相的相电流；
处理模块，所述处理模块分别与所述上位机、所述位置检测模块和所述电流检测模块相连，以获取所述开关磁阻电机的给定转速、转子位置信号和各相的相电流，所述处理模块用于根据所述转子位置信号计算所述开关磁阻电机的反馈转速，并根据所述给定转速和所述反馈转速计算所述开关磁阻电机的期望转矩，以及根据所述期望转矩分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩，并根据所述开关磁阻电机各相的输出转矩计算所述开关磁阻电机各相的期望电流，以及根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流，采用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法生成对应的驱动信号，以根据所述驱动信号对所述开关磁阻电机进行控制。
7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述处理模块采用模糊PI控制算法计算所述开关磁阻电机的期望转矩。
8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述处理模块包括用于计算所述开关磁阻电机的期望转矩的速度调节器，所述速度调节器用于：
获取速度误差实际值和速度误差变化量实际值；
对所述速度误差实际值和所述速度误差变化量实际值进行模糊化以得到速度误差模糊值和速度误差变化量模糊值；
根据所述速度误差模糊值和所述速度误差变化量模糊值得到PI控制的参数整定量，并通过解模糊化和PI运算得到期望转矩控制量；
对所述期望转矩控制量进行线性变换以得到所述期望转矩。
9.根据权利要求8所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述处理模块包括用于分配所述开关磁阻电机各相的输出转矩的转矩分配单元，所述转矩分配单元用于：
确定转矩分配函数；
根据所述转矩分配函数计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩之和，并根据所述开关磁阻电机各相的磁共能计算所述开关磁阻电机各相的输出转矩。
10.根据权利要求9所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述处理模块包括用于生成所述驱动信号的电流调节器，所述电流调节器用于：
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流设计滑模函数；
根据所述开关磁阻电机各相的期望电流和相电流确定神经网络的输入，并根据所述神经网络的输入计算神经网络的输出；
设定控制律，并根据所述控制律和所述神经网络的输出得到所述滑模函数的导数；
设计李雅普诺夫函数，并根据所述滑模函数的导数求得所述李雅普诺夫函数的导数；
设定自适应率，并在根据所述自适应率和所述李雅普诺夫函数的导数进行电流稳定性控制后，生成所述驱动信号。
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