CN110829940A - 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法 - Google Patents

一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110829940A
CN110829940A CN201911180594.8A CN201911180594A CN110829940A CN 110829940 A CN110829940 A CN 110829940A CN 201911180594 A CN201911180594 A CN 201911180594A CN 110829940 A CN110829940 A CN 110829940A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
torque
motor
bridge arm
working state
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
CN201911180594.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110829940B (zh
Inventor
宋受俊
黑闰山
马瑞卿
刘卫国
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.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
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 Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201911180594.8A priority Critical patent/CN110829940B/zh
Publication of CN110829940A publication Critical patent/CN110829940A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110829940B publication Critical patent/CN110829940B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H02P25/098—Arrangements for reducing torque ripple
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0017—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H02P25/092—Converters specially adapted for controlling reluctance motors

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法。将转矩分配与模型预测控制相结合，在转矩分配中，考虑对模型预估误差的补偿，获取各相的参考转矩，在模型预测控制中，构建包含相参考转矩跟踪误差的代价函数，通过寻求使代价函数最优的控制信号，实现兼顾运行效率的开关磁阻电机转矩波动抑制。该方法具有能够同时优化转矩波动和系统效率以及减小模型预估误差影响等优势。

Description

一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法，属于电机高性能控制领域。
背景技术
转矩波动限制了开关磁阻电机的广泛应用，而转矩波动抑制方法往往会导致系统运行效率的明显下降。为了解决这一矛盾，需要运用多目标优化控制策略。模型预测控制能够充分利用系统模型，通过寻求代价函数的极值，获取使多种性能指标综合最优的方案。
模型预测控制实质上提供了一种控制框架，其自身并不能减小转矩波动，为了实现兼顾其他性能的转矩波动抑制，需要如下几个关键环节：
(1)通过一种途径获得能够减小转矩波动的相参考转矩或相参考电流；
(2)构建包含相参考转矩或相参考电流跟踪误差在内的代价函数，并确定权重系数；
(3)寻求使代价函数最优的控制信号，并施加于电机的功率变换器。
基于电机模型对实际相转矩或相电流进行预估，是实现环节(2)中跟踪的关键，也是模型预测控制的重要特点。然而，现有开关磁阻电机模型，尤其是基于少量样本数据的模型，存在较大的预估误差。比如，基于对齐位置和非对齐位置处磁链特性建立的开关磁阻电机转矩预估模型，往往会在非对齐位置到定转子极开始重叠位置间得到明显大于实际转矩的预估值。为了解决这一问题，需要在其他环节，比如转矩分配，加以补偿。
发明内容
本发明将转矩分配与模型预测相结合，并在转矩分配中考虑对模型预估误差的补偿，实现兼顾运行效率的开关磁阻电机转矩波动抑制。该控制方法的实现步骤如下：
步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为
Figure BDA0002291148520000021
其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧；
步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角；
步骤三：在单相导通区，将由转速外环得到的参考转矩全部施加于导通相；
步骤四：将由转矩分配过程得到的相参考转矩、估算得到的相电流与相转矩作为模型预测控制方法的输入量，利用代价函数J(k)生成使其值最小的各相工作状态，代价函数定义为J(k)＝εT(k+2)+εI(k+2)+εsw(k+1)，εT(k)＝qT(Te(k)-Tref(k))2、
Figure BDA0002291148520000023
分别为代价函数中代表转矩波动、电机铜耗以及开关损耗的部分，其中qT、qI与qsw分别为各部分的权重系数，Te为预估的总电磁转矩，ie,p为预估相电流，Im为电机最大相电流，sp为相工作状态，k为采样点序号；
步骤五：将在步骤四中获得的各相工作状态转换为开关管的开关信号，并施加于功率开关管，实现对电机的控制；工作状态到开关信号的转换原则为：工作状态为励磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时开通；工作状态为零压续流时，上桥臂和下桥臂开关管中的一个开通，另一个关断；工作状态为去磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时关断。
本发明的有益效果：①多目标优化。在兼顾运行效率的同时，减小电机的转矩波动；②误差补偿。针对小样本模型存在的预估误差，在转矩分配函数中进行补偿。
附图说明
图1为开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法原理框图。
图2为实例电机开通相转矩分配函数曲线。
图3为实例电机关断相转矩分配函数曲线。
图4为实例电机A相功率变换器拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例，对本发明的技术方案进行详细说明。实例所用电机为一个1kW三相12/8极的开关磁阻电机，依据图1所示原理框图，实施步骤如下：
步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为
Figure BDA0002291148520000031
其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，在该实例中取θoff＝18°，相对于下一开通相为3°；θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧，对于实例电机，τr＝45°，βs＝15°，βr＝17°，所以θc＝6.5°；实例电机开通相转矩分配函数曲线见图2；
步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为
Figure BDA0002291148520000041
其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角，实例电机关断相转矩分配函数曲线见图3；
步骤三：在单相导通区，将由转速外环得到的参考转矩全部施加于导通相；
步骤四：将由转矩分配过程得到的相参考转矩、估算得到的相电流与相转矩作为模型预测控制方法的输入量，利用代价函数J(k)生成使其值最小的各相工作状态，代价函数定义为J(k)＝εT(k+2)+εI(k+2)+εsw(k+1)，εT(k)＝qT(Te(k)-Tref(k))2、
Figure BDA0002291148520000042
分别为代价函数中代表转矩波动、电机铜耗以及开关损耗的部分，其中qT、qI与qsw分别为各部分的权重系数，Te为预估的总电磁转矩，ie,p为预估相电流，Im为电机最大相电流，sp为相工作状态，k为采样点序号；在该实例中，取qT＝10，qI＝0.04，qsw＝0，Im＝25A；
步骤五：将在步骤四中获得的各相工作状态转换为开关管的开关信号，并施加于功率开关管，实现对电机的控制；以图4所示实例电机A相功率变换器拓扑为例，工作状态到开关信号的转换原则为：工作状态为励磁时，开关管V1和V2同时开通；工作状态为零压续流时，开关管V1和V2中的一个开通，另一个关断；工作状态为去磁时，开关管V1和V2同时关断。

Claims (1)

1.一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法，其特征在于：首先利用所构建的转矩分配函数，将由转速外环得到的参考转矩分配到电机各相，而后基于模型预测控制原理，实现包括转矩波动系数在内的多目标在线寻优控制。该控制方法的实现步骤如下：
步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为
Figure FDA0002291148510000011
其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧；
步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为
Figure FDA0002291148510000012
其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角；
步骤三：在单相导通区，将由转速外环得到的参考转矩全部施加于导通相；
步骤四：将由转矩分配过程得到的相参考转矩、估算得到的相电流与相转矩作为模型预测控制方法的输入量，利用代价函数J(k)生成使其值最小的各相工作状态，代价函数定义为J(k)＝εT(k+2)+εI(k+2)+εsw(k+1)，εT(k)＝qT(Te(k)-Tref(k))2、
Figure FDA0002291148510000013
与
Figure FDA0002291148510000014
分别为代价函数中代表转矩波动、电机铜耗以及开关损耗的部分，其中qT、qI与qsw分别为各部分的权重系数，Te为预估的总电磁转矩，ie,p为预估相电流，Im为电机最大相电流，sp为相工作状态，k为采样点序号；
步骤五：将在步骤四中获得的各相工作状态转换为开关管的开关信号，并施加于功率开关管，实现对电机的控制；工作状态到开关信号的转换原则为：工作状态为励磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时开通；工作状态为零压续流时，上桥臂和下桥臂开关管中的一个开通，另一个关断；工作状态为去磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时关断。
CN201911180594.8A 2019-11-27 2019-11-27 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法 Active CN110829940B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911180594.8A CN110829940B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911180594.8A CN110829940B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110829940A true CN110829940A (zh) 2020-02-21
CN110829940B CN110829940B (zh) 2021-01-15

Family

ID=69559848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911180594.8A Active CN110829940B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110829940B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112542976A (zh) * 2020-12-10 2021-03-23 大连海事大学 一种基于指数型转矩分配函数的开关磁阻电机模型预测控制系统
CN114598228A (zh) * 2022-03-05 2022-06-07 西北工业大学 一种基于转矩分配与在线修正的开关磁阻电机控制方法
CN115378324A (zh) * 2022-09-29 2022-11-22 山东大学 一种永磁同步电机控制方法、系统、介质及电子设备
CN116800160A (zh) * 2023-04-26 2023-09-22 中国矿业大学 一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统
CN117040326A (zh) * 2023-08-04 2023-11-10 上海大学 一种车用盘式永磁电机协同优化与驱动控制方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9608554B2 (en) * 2014-01-14 2017-03-28 The University Of Akron D-Q control system and method for controlling a switched reluctance motor
CN107046388A (zh) * 2017-03-07 2017-08-15 湖南大学 一种开关磁阻电机电流跟踪控制方法、控制器及调速系统
CN107425762A (zh) * 2017-07-04 2017-12-01 大连海事大学 一种三相开关磁阻电机预测转矩控制系统及方法
CN105811849B (zh) * 2016-05-06 2018-03-16 桂林电子科技大学 一种电流非线性补偿的开关磁阻电机转矩控制方法与系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9608554B2 (en) * 2014-01-14 2017-03-28 The University Of Akron D-Q control system and method for controlling a switched reluctance motor
CN105811849B (zh) * 2016-05-06 2018-03-16 桂林电子科技大学 一种电流非线性补偿的开关磁阻电机转矩控制方法与系统
CN107046388A (zh) * 2017-03-07 2017-08-15 湖南大学 一种开关磁阻电机电流跟踪控制方法、控制器及调速系统
CN107425762A (zh) * 2017-07-04 2017-12-01 大连海事大学 一种三相开关磁阻电机预测转矩控制系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ILIYA RALEV ET AL.: "Impact of Smooth Torque Control on the Efficiency of a High-Speed Automotive Switched Reluctance Drive", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》 *
蔡辉 等: "基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112542976A (zh) * 2020-12-10 2021-03-23 大连海事大学 一种基于指数型转矩分配函数的开关磁阻电机模型预测控制系统
CN112542976B (zh) * 2020-12-10 2022-04-08 大连海事大学 指数型转矩分配函数的开关磁阻电机模型预测控制系统
CN114598228A (zh) * 2022-03-05 2022-06-07 西北工业大学 一种基于转矩分配与在线修正的开关磁阻电机控制方法
CN115378324A (zh) * 2022-09-29 2022-11-22 山东大学 一种永磁同步电机控制方法、系统、介质及电子设备
CN116800160A (zh) * 2023-04-26 2023-09-22 中国矿业大学 一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统
CN116800160B (zh) * 2023-04-26 2024-03-29 中国矿业大学 新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统
CN117040326A (zh) * 2023-08-04 2023-11-10 上海大学 一种车用盘式永磁电机协同优化与驱动控制方法及系统
CN117040326B (zh) * 2023-08-04 2024-03-15 上海大学 一种车用盘式永磁电机协同优化与驱动控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110829940B (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110829940B (zh) 一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法
CN107749725B (zh) 一种无位置传感器直流无刷电机的换相校正方法
WO2022088440A1 (zh) 一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法
CN108631672B (zh) 计及最优占空比调制的永磁同步电机预测磁链控制方法
CN111800050B (zh) 一种基于电压矢量筛选与优化的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法
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
CN112886893B (zh) 基于关断角优化的开关磁阻电机转矩控制方法及系统
Ding et al. An improved model predictive torque control for switched reluctance motors with candidate voltage vectors optimization
CN112583315B (zh) 一种三电平永磁同步电动机三矢量模型预测转矩控制方法
CN113839600B (zh) 一种基于傅里叶级数模型的开关磁阻电机转矩控制方法
CN112542976B (zh) 指数型转矩分配函数的开关磁阻电机模型预测控制系统
CN111800056A (zh) 一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法
WO2024065986A1 (zh) 一种双三相电机高精度模型预测电流控制系统及控制方法
Hu et al. A new predictive torque control based torque sharing function for switched reluctance motors
CN114531078A (zh) 一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法
CN116865628A (zh) 一种基于电流重构技术的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法
CN111900907A (zh) 一种基于切换点优化的永磁电机模型预测磁链控制方法
CN109617467B (zh) 永磁同步电动机低复杂度预测控制方法
CN108649852B (zh) 一种改进电流环的永磁同步电机控制方法
CN115811264A (zh) 一种新型永磁同步电机模型预测直接转矩控制方法
Ferková et al. An off-line Optimization of Torque Sharing Functions for Switched Reluctance Motor Control
CN115189609A (zh) 一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法
Abdel-Maksoud A hybrid torque sharing function with controlled commutation period for torque ripple minimization in SRM
CN113746397A (zh) 一种开关磁阻电机模型预测转矩和径向力控制方法
CN113300653A (zh) 一种基于滞环优化策略的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统及方法

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