CN111600527A - 一种开关磁阻电机的控制方法及其系统 - Google Patents

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CN111600527A CN202010502140.4A CN202010502140A CN111600527A CN 111600527 A CN111600527 A CN 111600527A CN 202010502140 A CN202010502140 A CN 202010502140A CN 111600527 A CN111600527 A CN 111600527A
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Abstract

本发明提供一种开关磁阻电机的控制方法及其系统，其中开关磁阻电机的控制方法，应用于开关磁阻电机中，包括以下步骤：步骤S1，根据参考电流和采集自开关磁阻电机的反馈电流计算得到第一偏差电流；步骤S2，根据第一偏差电流和自适应校正增益值计算得到控制电压；步骤S3，根据控制电压和电压占空比调制系数得到占空比；步骤S4，根据占空比计算得到固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。本发明的有益效果在于：可以实现电流的闭环控制，以准确控制开关磁阻电机输出的电流幅值，进而避免现有技术中的由于电感的不断变换而导致开关磁阻电机输出的电流的不确定的问题，以及抑制开关磁阻电机输出的转矩脉动。

Description

一种开关磁阻电机的控制方法及其系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机的控制方法及其系统。
背景技术
目前的开关磁阻电机具有结构简单，坚固可靠、启动转矩大和节能高效等优点，因此开关磁阻电机在油田抽油机、剑杠纺织机、电动压力机、升降机、搅拌机、水泵等对负载强度大、负载变化频繁而对可靠性和效率有较高的工业场合中具有重要地位。
并且开关磁阻电机是新能源汽车的重要组件之一，对整车性能有决定性的影响。随着电力电子技术和计算机控制技术的的发展，开关磁阻电机的控制技术逐步由模拟电路控制技术过渡到计数字控制技术，对开关磁阻电机的电流控制精度、转矩脉动也提出了更高的要求。
而现有技术中的开关磁阻电机的电流控制一般采用电流斩波控制(currentchopping control，CCC)和角度位置控制(angular position control，APC)，以实现通过改变电流斩波的滞环宽度、开通角度和关断角度控制电流的幅值进而控制开关磁阻电机的转矩。
然而现有技术中的CCC控制通常采用滞环控制器，而滞环控制器采用的滞环控制是根据输入误差的阈值来直接输出固定值的控制量，而且滞环控制属于带静差的控制方法，因此电流滞环宽度为可控电流幅值静差的大小。现有技术中的APC控制是电流的开环控制，即通过改变开通角和关断角来间接控制电流的幅值，然而上述技术方案对于电流的瞬时精度的控制较差。并且由于开关磁阻电机是非线性时变系统，开关磁阻电机的定子的电感是随转子的位置而变换的，即开关磁阻电机在运行过程中电感是在不断变化，所以不论采用CCC控制还是APC控制都无法准确控制开关磁阻电机的电流，从而使得开关磁阻电机的输出的转矩脉动很大，其中，现有技术中采用电流斩波控制和角度位置控制的开关磁阻电机启动阶段仿真波形图如图1所述，采用电流斩波控制和角度位置控制的开关磁阻电机稳态阶段仿真波形图如图2所述。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在对开关磁阻电机的电流和转矩进行精确控制的开关磁阻电机的控制方法以及系统。
具体技术方案如下：
一种开关磁阻电机的控制方法，应用于一开关磁阻电机中，其中，包括以下步骤：
步骤S1，根据一参考电流和一采集自开关磁阻电机的反馈电流计算得到一第一偏差电流；
步骤S2，根据第一偏差电流和一自适应校正增益值计算得到一控制电压；
步骤S3，根据控制电压和一电压占空比调制系数得到一占空比；
步骤S4，根据占空比计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S1中通过下述公式计算得到第一偏差电流：
e＝Iref-If；
其中，e用于表示第一偏差电流；
Iref用于表示参考电流；
If用于表示反馈电流。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S2包括启动开关磁阻电机时，获取自适应校正增益值的第一步骤：步骤S20，将自适应校正增益初始值作为启动开关磁阻电机时的自适应校正增益值。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S2还包括运行开关磁阻电机时的获取自适应校正增益值的步骤，具体包括：
步骤S21，将控制电压和反馈电流进行计算得到一第二偏差电流；
步骤S22，将第二偏差电流和控制电压进行计算得到一第一增益值；
步骤S23，根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值，计算得到自适应校正增益值。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S21具体包括以下步骤：
步骤S211，将控制电压输入至一参考模型中进行计算，以获取参考模型输出的参考模型电流；
步骤S212，计算参考模型电流和反馈电流之间的差值，并将参考模型电流和反馈电流之间的差值作为第二偏差电流。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S211中的参考模型通过以下公式表示：
Figure BDA0002525178820000041
其中，Km用于表示所述开关磁阻电机的电阻的倒数，
Figure BDA0002525178820000042
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数，
Figure BDA0002525178820000043
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值，R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻；
s用于表示拉普拉斯变换算子。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S212中通过下述公式计算得到第二偏差电流：
Ie＝Im-If；
其中，Im用于表示参考模型电流，通过下述公式由参考模型和控制电压的乘积计算得到：
Figure BDA0002525178820000051
Km用于表示所述开关磁阻电机的电阻的倒数，
Figure BDA0002525178820000052
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻，s用于表示拉普拉斯变换算子；
If用于表示反馈电流；
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数，
Figure BDA0002525178820000053
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值；
Ie用于表示第二偏差电流。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S23包括以下步骤：
步骤S231，将第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
步骤S232，将第三增益值和第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
步骤S233，将第四增益值和自适应校正增益初始值进行相加计算得到自适应校正增益值。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，步骤S23中通过下述公式计算得到自适应校正增益值：
Kc＝Kc0+B∫Ieudt；
其中，Kc用于表示自适应校正增益值；
Kc0用于表示自适应校正增益初始值，自适应校正增益初始值为自适应校正增益值在0时刻的初始值；
u用于表示控制电压；
B用于表示第二增益值，
Figure BDA0002525178820000061
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数，
Figure BDA0002525178820000062
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示电流环增益，
Figure BDA0002525178820000063
t用于表示时间变量。
优选的，开关磁阻电机的控制方法，其中，在步骤S3中通过下述公式计算得到占空比：
ρ＝u×K；
其中，ρ用于表示占空比；
u用于表示控制电压；
K用于表示电压占空比调制系数。
还包括一种开关磁阻电机的控制系统，应用于一开关磁阻电机中；其中，控制系统包括：
第一偏差计算模块，与开关磁阻电机连接，用于根据一参考电流和开关磁阻电机输出的反馈电流计算得到一第一偏差电流；
自适应校正调节模块，与第一偏差计算模块连接，用于根据第一偏差电流和一自适应校正增益值计算得到一控制电压；
占空比计算模块，与自适应校正调节模块连接，用于根据控制电压和一电压占空比调制系数得到一占空比；
驱动模块，与占空比计算模块连接，用于根据占空比计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
优选的，开关磁阻电机的控制系统，其中，自适应校正调节模块包括自适应校正器和PI调节器，自适应校正器的输出端与和PI调节器的输入端连接，PI调节器的输出端与自适应校正器的输入端连接，自适应校正器用于输出自适应校正增益值，PI调节器用于输出控制电压；
自适应校正器包括：
第一校正单元，应用于开关磁阻电机启动时，将自适应校正增益初始值作为自适应校正增益值；
第二校正单元，应用于开关磁阻电机运行时，根据PI调节器输出的控制电压、反馈电流和自适应校正增益初始值计算得到自适应校正增益值。
优选的，开关磁阻电机的控制系统，其中，第二校正单元包括：
第二偏差电流计算组件，分别与开关磁阻电机和PI调节器连接，分别获取并根据PI调节器输出的控制电压和反馈电流计算得到一第二偏差电流；
第一增益值计算组件，分别与第二偏差电流计算组件和PI调节器连接，用于根据第二偏差电流和PI调节器输出的控制电压进行计算得到一第一增益值；
自适应校正增益值计算组件，与第一增益值计算组件连接，用于根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值进行计算，以得到自适应校正增益值。
优选的，开关磁阻电机的控制系统，其中，自适应校正增益值计算组件包括：
积分器，与第一增益值计算组件连接，用于接收并对第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
第四增益值计算块，与积分器连接，用于将第三增益值和第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
自适应校正增益值计算块，与第四增益值计算块连接，用于将第四增益值和自适应校正增益初始值进行相加计算得到自适应校正增益值。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：可以实现电流的闭环控制，以准确控制开关磁阻电机输出的电流幅值，进而避免现有技术中的由于电感的不断变换而导致开关磁阻电机输出的电流的不确定的问题，以及抑制开关磁阻电机输出的转矩脉动。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为现有技术中的开关磁阻电机启动阶段仿真波形图；
图2为现有技术中的开关磁阻电机启动阶段稳态波形图；
图3为本发明开关磁阻电机的控制方法以及系统的实施例的开关磁阻电机启动阶段仿真波形图；
图4为本发明开关磁阻电机的控制方法以及系统的实施例的开关磁阻电机启动阶段稳态波形图；
图5为本发明开关磁阻电机的控制方法的实施例的流程图；
图6为本发明开关磁阻电机的控制方法的实施例的步骤S2的流程图；
图7为本发明开关磁阻电机的控制方法的实施例的步骤S21的流程图；
图8为本发明开关磁阻电机的控制方法的实施例的步骤S23的流程图；
图9为本发明开关磁阻电机的控制系统的实施例的原理框图一；
图10为本发明开关磁阻电机的控制系统的实施例的原理框图二；
图11为本发明开关磁阻电机的控制系统的实施例的自适应校正器的原理框图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种开关磁阻电机的控制方法，应用于一开关磁阻电机中，如图5所示，包括以下步骤：
步骤S1，根据一参考电流和一采集自开关磁阻电机的反馈电流计算得到一第一偏差电流；
步骤S2，根据第一偏差电流和一自适应校正增益值计算得到一控制电压；
步骤S3，根据控制电压和一电压占空比调制系数得到一占空比；
步骤S4，根据占空比计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
在上述实施例中，首先根据一参考电流和开关磁阻电机输出的反馈电流计算得到第一偏差电流，接着根据第一偏差电流和通过反馈电流计算获得的自适应校正增益值计算得到控制电压，然后根据控制电压和电压占空比调制系数得到占空比，随后根据占空比计算得到固定频率的脉宽调制信号，最后根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制，与此同时开关磁阻电机输出反馈电流，从而可以实现电流的闭环控制，以准确控制开关磁阻电机输出的电流幅值，进而避免现有技术中的由于电感的不断变换而导致开关磁阻电机输出的电流的不确定的问题，以及抑制开关磁阻电机输出的转矩脉动。
在上述实施例中，通过固定频率的脉宽调制信号实现开关磁阻电机的电流和转矩的控制；从而实现通过调整自适应校正增益值来减小开关磁阻电机在运行过程中的电流输出的不确定性，进而抑制开关磁阻电机输出的转矩脉动，以提高开关磁阻电机的整体性能。
并且通过固定频率的脉宽调制信号来调制开关磁阻电机，以实现对开关磁阻电机的开关进行控制，可以避免现有技术中采用CCC控制中由于开关频率不确定导致功率管过快的问题，并且避免由于功率管过快导致的频繁开关带来的损坏风险，进而提高开关磁阻电机的寿命、减低风险和节约控制成本。
并且本实施例中的开关磁阻电机的控制方法可以应用在：加速开关磁阻电机在对转矩脉动有要求的应用场合。
进一步地，作为优选的实施方式，固定频率的脉宽调制信号可以为PWM脉宽调制信号，以将固定频率的PWM脉宽调制信号与开关磁阻电机的电机转子的位置信号进行综合，实现通过控制三相不对称功率桥开关管的开和关，来控制开关磁阻电机的电流和转矩。
进一步地，在上述实施例中，步骤S1中通过下述公式(1)计算得到第一偏差电流：
e＝Iref-If； (1)
在上述公式(1)中，e用于表示第一偏差电流；
Iref用于表示参考电流；
If用于表示反馈电流。
在上述公式(1)中，通过计算参考电流和采集自开关磁阻电机的反馈电流之间的差值，作为第一偏差电流。
进一步地，在上述实施例中，步骤S2包括启动开关磁阻电机时，获取自适应校正增益值的第一步骤：步骤S20，将自适应校正增益初始值作为启动开关磁阻电机时的自适应校正增益值。
在上述实施例中，当开关磁阻电机开启动时，首先将开关磁阻电机提供的自适应校正增益初始值作为启动开关磁阻电机时的自适应校正增益值；
随后根据第一偏差电流和自适应校正增益初始值计算得到控制电压。
进一步地，在上述实施例中，步骤S2还包括运行开关磁阻电机时的获取自适应校正增益值的步骤，如图6所示，具体包括：
步骤S21，将控制电压和反馈电流进行计算得到一第二偏差电流；
步骤S22，将第二偏差电流和控制电压进行计算得到一第一增益值；
步骤S23，根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值，计算得到自适应校正增益值。
在上述实施例中，运行开关磁阻电机时，在进行当前的步骤S2的获取自适应校正增益值的步骤之前已经有通过上一个步骤S2输出的控制电压，因此，可以根据控制电压和反馈电流进行对应的计算处理得到一第二偏差电流。
作为优选的实施方式，以开关磁阻电机启动时到开关磁阻电机开始运行时为例；上述步骤S2具体可以包括：
第一步、当开关磁阻电机启动时，首先，将开关磁阻电机提供的自适应校正增益初始值作为第一个自适应校正增益值；
随后，根据第一偏差电流和第一个自适应校正增益值计算得到第一个控制电压；
第二步、当开关磁阻电机开始运行时，首先，将第一个控制电压和采集自开关磁阻电机启动时的反馈电流进行计算得到第二偏差电流；
随后，将第二偏差电流和第一个控制电压进行计算得到第一增益值；
接着，根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值，计算得到当前的自适应校正增益值；
最后，根据第一偏差电流和当前的自适应校正增益值计算得到第二个控制电压；
然后可以重复执行步骤S2的具体步骤，实现一个闭环控制。
作为优选的实施方式，以开关磁阻电机运行一段时间为例，此时在步骤S21之前已经获取上一个控制电压，根据上一个控制电压、反馈电流和自适应校正增益初始值计算得到当前的自适应校正增益值，并根据第一偏差电流和当前的自适应校正增益值计算得到当前的控制电压，最后将当前的控制电压转换为上一个控制电压，重复执行步骤S2的具体步骤，实现一个闭环控制。
进一步地，在上述实施例中，如图7所示，步骤S21具体包括以下步骤：
步骤S211，将控制电压输入至一参考模型中进行计算，以获取参考模型输出的参考模型电流；
步骤S212，计算参考模型电流和反馈电流之间的差值，并将参考模型电流和反馈电流之间的差值作为第二偏差电流。
在上述实施例中，首先可以将控制电压同时输入至参考模型和开关磁阻电机中，以得到参考模型输出的参考模型电流，和开关磁阻电机输出的反馈电流；随后计算参考模型电流和反馈电流之间的差值，并将参考模型电流和反馈电流之间的差值作为第二偏差电流。
作为优选的实施方式，开关磁阻电机包括电机定子绕组，参考模型可以具体为开关磁阻电机中的电机定子绕组的参考模型；
其中参考模型可以采用matlab_simulink进行搭建、控制。
需要说明的是，Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
进一步地，在上述实施例中，步骤S211中的参考模型通过以下公式(2)-(4)表示：
Figure BDA0002525178820000131
其中，在上述公式(2)中：
Figure BDA0002525178820000141
Figure BDA0002525178820000142
在上述公式(2)-(4)中，Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻。
进一步地，在上述实施例中，步骤S212中通过下述公式(5)-(8)计算得到第二偏差电流：
Ie＝Im-If； (5)
其中，在上述公式(5)中：
Figure BDA0002525178820000143
Figure BDA0002525178820000144
Figure BDA0002525178820000151
在上述公式(5)-(8)中，
Im用于表示参考模型电流，通过参考模型和控制电压的乘积计算得到；
Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
If用于表示反馈电流；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值；
Ie用于表示第二偏差电流；
s用于表示拉普拉斯变换算子。
进一步地，在上述实施例中，如图8所示，步骤S23包括以下步骤：
步骤S231，将第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
步骤S232，将第三增益值和第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
步骤S233，将第四增益值和自适应校正增益初始值进行相加计算得到自适应校正增益值。
进一步地，在上述实施例中，步骤S23中通过下述公式计算得到自适应校正增益值：
Kc＝Kc0+B∫Ieudt； (9)
其中，在上述公式(9)中：
Figure BDA0002525178820000161
Figure BDA0002525178820000162
在上述公式(9)-(11)中，Kc用于表示自适应校正增益值；
Kc0用于表示自适应校正增益初始值，自适应校正增益初始值为自适应校正增益值在0时刻的初始值；
u用于表示控制电压；
B用于表示第二增益值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示常数；
并且可以通过上述公式(8)计算得到Tm。
进一步地，在上述实施例中，在步骤S3中通过下述公式(12)计算得到占空比：
ρ＝u×K； (12)
在上述公式(12)中，
ρ用于表示占空比；
u用于表示控制电压；
K用于表示电压占空比调制系数。
作为一具体的实施方式，以45kW的6/4双凸型开关磁阻电机为例。
其中，上述开关磁阻电机的已知条件包括：
额定转速为3000r/min，额定转矩为140Nm，额定电流为110A，额定电压为510Vdc，具有3倍电流过载能力，额定电流下的电机定子的中值平均电感为0.001H，额定电流下的电机定子的电阻为0.05Ω，开关频率为10000Hz。
并采用matlab_simulink搭建控制参考模型。
首先，根据上述已知条件获取公式(1)-(7)和公式(9)-(12)中需要的一些参数；
例如，可以根据上述已知条件，并通过下述公式(15)获取电压占空比调制系数；
K＝1/u′＝1/510＝0.00196； (15)
其中，上述公式(15)中，K用于表示电压占空比调制系数；
u′用于表示额定电压；
例如，可以根据上述已知条件，并根据上述公式(2)-(4)获取得到本具体的实施方式中的参考模型：
Figure BDA0002525178820000181
在上述参考模型中，Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机的参考模型的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机的参考模型的电感值；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机的电阻。
例如，可以根据上述已知条件，并通过上述公式(10)得到下述公式(16)，随后通过下述公式(16)得到第二增益值，即自适应校正器的积分增益值。
Figure BDA0002525178820000182
在上述公式(16)中，B用于表示第二增益值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示电流环增益。
然后，将上述计算得到的参数代入到对应的公式中，以计算得到占空比，并根据占空比计算得到固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
在上述具体的实施方式中，可以在转速3000r/min，转矩负载50Nm条件下仿真，获得启动阶段的电流转矩仿真波形图，如图3所示，以及获得稳态时的电流转矩仿真波形，如图4所示。
将图1和图3对比，得出结论：本实施例与现有技术中采用常规的CCC控制和纯APC控制相比，在电机启动阶段，本实施例能提高开关磁阻电机的电流幅值控制精度，以及改善开关磁阻电机的电流震荡。
将图2和图4对比，得出结论：本实施例与现有技术中采用常规的CCC控制和纯APC控制相比，在电机运行阶段(即电机转速稳态时)，本实施例能有效抑制开关磁阻电机的电流过冲问题，并且改善开关磁阻电机的转矩脉动。
还包括一种开关磁阻电机的控制系统，应用于一开关磁阻电机2中；如图9所示，控制系统1包括：
第一偏差计算模块3，用于根据一参考电流Iref和开关磁阻电机2输出的反馈电流If计算得到一第一偏差电流e；
自适应校正调节模块4，与第一偏差计算模块3连接，用于根据第一偏差电流e和一自适应校正增益值Kc计算得到一控制电压u；
占空比计算模块5，与自适应校正调节模块4连接，用于根据控制电压u和一电压占空比调制系数K得到一占空比ρ；
驱动模块6，与占空比计算模块5连接，用于根据占空比ρ计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机2的电流和转矩进行控制。
进一步地，作为优选的实施方式，固定频率的脉宽调制信号可以为PWM脉宽调制信号；
如图10所示，在开关磁阻电机2和控制系统1之间可以依次设置有位置信号综合模块21、三相不对称功率桥开关管22和电流采样模块23，位置信号综合模块21可以将固定频率的PWM脉宽调制信号与开关磁阻电机的电机转子的位置信号w进行综合，从而实现控制开关磁阻电机2中的三相不对称功率桥开关管22的开和关，进而控制开关磁阻电机2的电流和转矩，并且通过电流采样模块23采集开关磁阻电机2输出的反馈电流If。
进一步地，在上述实施例中，第一偏差计算模块3通过下述公式(1)计算得到第一偏差电流e：
e＝Iref-If； (1)
在上述公式(1)中，e用于表示第一偏差电流；
Iref用于表示参考电流；
If用于表示反馈电流。
进一步地，在上述实施例中，自适应校正调节模块4包括自适应校正器42和PI调节器41，自适应校正器42的输出端与和PI调节器41的输入端连接，PI调节器41的输出端与自适应校正器42的输入端连接，自适应校正器42用于输出自适应校正增益值Kc，PI调节器41用于输出控制电压u；
自适应校正器42包括：
第一校正单元，应用于开关磁阻电机2启动时，将自适应校正增益初始值作为自适应校正增益值Kc；
第二校正单元，应用于开关磁阻电机2运行时，根据PI调节器41输出的控制电压u、反馈电流If和自适应校正增益初始值计算得到自适应校正增益值Kc。
在上述实施例中，当开关磁阻电机2开启动时，第一校正单元将开关磁阻电机2提供的自适应校正增益初始值作为启动开关磁阻电机2时的自适应校正增益值Kc；
随后PI调节器41根据第一偏差电流e和自适应校正增益初始值计算得到控制电压u。
在上述实施例中，运行开关磁阻电机2时，第二校正单元接收PI调节器41输出的控制电压u，因此，控制电压u、反馈电流If和自适应校正增益初始值计算得到自适应校正增益值Kc。
进一步地，作为优选的实施方式，可以获取PI调节器41的控制参数，其中，PI调节器41的控制参数包括比例调节参数和积分调节参数；
通过下述公式(13)获取PI调节器41的比例调节参数，通过下述公式(14)获取PI调节器41的比例和积分调节参数；
K_p＝Lf/2； (13)
K_i＝(K_pR)/Lf； (14)
其中，上述公式(13)和(14)中，
K_p用于表示PI调节器41的比例调节参数；
L用于表示额定电流下的电机定子的中值平均电感；
f用于表示开关磁阻电机2的开关频率。
K_i用于表示PI调节器41的积分调节参数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻。
进一步地，在上述实施例中，如图11所示，第二校正单元包括：
第二偏差电流计算组件422，分别与开关磁阻电机2和PI调节器41连接，分别获取并根据PI调节器41输出的控制电压u和反馈电流If计算得到一第二偏差电流；
第一增益值计算组件423，分别与第二偏差电流计算组件422和PI调节器41连接，用于根据第二偏差电流和PI调节器41输出的控制电压u进行计算得到一第一增益值；
自适应校正增益值计算组件424，与第一增益值计算组件423连接，用于根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值进行计算，以得到自适应校正增益值Kc。
作为优选的实施方式，以开关磁阻电机2启动时到开关磁阻电机2开始运行时为例；
当开关磁阻电机2启动时，首先，第一校正单元将开关磁阻电机2提供的自适应校正增益初始值作为第一个自适应校正增益值Kc；
随后，PI调节器41根据第一偏差电流e和第一校正单元输出的第一个自适应校正增益值Kc计算得到第一个控制电压u；
当开关磁阻电机2开始运行时，首先，第二偏差电流计算组件422将PI调节器41输出的第一个控制电压u和采集自开关磁阻电机2启动时的反馈电流If进行计算得到第二偏差电流；
随后，第一增益值计算组件423将第二偏差电流和PI调节器41输出的第一个控制电压u进行计算得到第一增益值；
接着，自适应校正增益值计算组件424根据第一增益值、一第二增益值和自适应校正增益初始值，计算得到当前的自适应校正增益值Kc；
最后，根据第一偏差电流e和当前的自适应校正增益值Kc计算得到第二个控制电压u；
然后可以重复上述步骤，实现一个闭环控制。
进一步地，在上述实施例中，第二偏差电流计算组件422包括：
参考模型421，参考模型421的输入端与PI调节器41的输出端连接，用于根据控制电压u输出的参考模型421电流；
第二偏差电流计算块4221，与参考模型421和开关磁阻电机2连接，用于计算参考模型421电流和反馈电流之间的差值，并将参考模型421电流和反馈电流If之间的差值作为第二偏差电流。
进一步地，在上述实施例中，参考模型421通过以下公式(2)-(4)表示：
Figure BDA0002525178820000231
其中，在上述公式(2)中：
Figure BDA0002525178820000232
Figure BDA0002525178820000233
在上述公式(2)-(4)中，Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的电感值；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻。
进一步地，在上述实施例中，第二偏差电流计算块4221通过下述公式(5)-(8)计算得到第二偏差电流：
Ie＝Im-If； (5)
其中，在上述公式(5)中：
Figure BDA0002525178820000241
Figure BDA0002525178820000242
Figure BDA0002525178820000243
在上述公式(5)-(8)中，
Im用于表示参考模型电流，通过参考模型421和控制电压的乘积计算得到；
If用于表示反馈电流；
Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的电感值；
Ie用于表示第二偏差电流；
s用于表示拉普拉斯变换算子。
进一步地，在上述实施例中，自适应校正增益值计算组件424包括：
积分器4241，与第一增益值计算组件423连接，用于接收并对第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
第四增益值计算块4242，与积分器4241连接，用于将第三增益值和第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
自适应校正增益值计算块4243，与第四增益值计算块4242连接，用于将第四增益值和自适应校正增益初始值进行相加计算得到自适应校正增益值Kc。
进一步地，在上述实施例中，自适应校正增益值计算组件424通过下述公式计算得到自适应校正增益值Kc：
Kc＝Kc0+B∫Ieudt； (9)
其中，在上述公式(9)中：
Figure BDA0002525178820000251
Figure BDA0002525178820000252
在上述公式(9)-(11)中，Kc用于表示自适应校正增益值；
Kc0用于表示自适应校正增益初始值，自适应校正增益初始值为自适应校正增益值在0时刻的初始值；
u用于表示控制电压；
B用于表示第二增益值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示电流环增益；
并且可以通过上述公式(8)计算得到Tm；
t用于表示时间变量。
进一步地，在上述实施例中，占空比计算模块5通过下述公式(12)计算得到占空比ρ：
ρ＝u×K； (12)
在上述公式(12)中，
ρ用于表示占空比；
u用于表示控制电压；
K用于表示电压占空比调制系数。
作为一具体的实施方式，以45kW的6/4双凸型开关磁阻电机2为例。
其中，上述开关磁阻电机2的已知条件包括：
额定转速为3000r/min，额定转矩为140Nm，额定电流为110A，额定电压为510Vdc，具有3倍电流过载能力，额定电流下的电机定子的中值平均电感为0.001H，额定电流下的电机定子的电阻为0.05Ω，开关频率为10000Hz。
并采用matlab_simulink搭建控制参考模型421。
第一，可以根据上述已知条件，并通过下述公式(13)获取PI调节器41的比例调节参数，以及根据上述公式(14)获取PI调节器41的积分调节参数；
K_p＝Lf/2＝5； (13)
K_i＝(K_pR)/Lf＝0.025； (14)
其中，上述公式(13)和(14)中，
K_p用于表示PI调节器41的比例调节参数；
L用于表示额定电流下的电机定子的中值平均电感；
f用于表示开关磁阻电机2的开关频率。
K_i用于表示PI调节器41的积分调节参数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻。
将上述公式(13)和(14)获取得到的比例调节参数和积分调节参数带入到PI调节器41中；
第二、可以根据上述已知条件，并通过下述公式(15)获取电压占空比调制系数K；
K＝1/u′＝1/510＝0.00196； (15)
其中，上述公式(15)中，K用于表示电压占空比调制系数K；
u′用于表示额定电压。
第三、可以根据上述已知条件，并根据上述公式(2)-(4)获取得到本具体的实施方式中的参考模型421：
Figure BDA0002525178820000281
在上述参考模型421中，Km用于表示开关磁阻电机的电阻的倒数；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻；
Tm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的时间参数；
Lm用于表示开关磁阻电机2的参考模型421的电感值；
R用于表示额定电流下的开关磁阻电机2的电阻。
第四，可以根据上述已知条件，并通过上述公式(10)得到下述公式(16)，随后通过下述公式(16)得到第二增益值，即自适应校正器42的积分增益值。
Figure BDA0002525178820000282
在上述公式(16)中，B用于表示第二增益值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示电流环增益。
第五，将上述计算得到的参数代入到对应的公式中，以计算得到占空比ρ，并根据占空比ρ计算得到固定频率的脉宽调制信号，以根据脉宽调制信号对开关磁阻电机2的电流和转矩进行控制。
在上述具体的实施方式中，可以在转速3000r/min，转矩负载50Nm条件下仿真，获得启动阶段的电流转矩仿真波形图，如图3所示，以及获得稳态时的电流转矩仿真波形，如图4所示。
将图1和图3对比，得出结论：本实施例与现有技术中采用常规的CCC控制和纯APC控制相比，在电机启动阶段，本实施例能提高开关磁阻电机2的电流幅值控制精度，以及改善开关磁阻电机2的电流震荡。
将图2和图4对比，得出结论：本实施例与现有技术中采用常规的CCC控制和纯APC控制相比，在电机运行阶段(即电机转速稳态时)，本实施例能有效抑制开关磁阻电机2的电流过冲问题，并且改善开关磁阻电机2的转矩脉动。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种开关磁阻电机的控制方法，应用于一开关磁阻电机中，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，根据一参考电流和一采集自所述开关磁阻电机的反馈电流计算得到一第一偏差电流；
步骤S2，根据所述第一偏差电流和一自适应校正增益值计算得到一控制电压；
步骤S3，根据所述控制电压和一电压占空比调制系数得到一占空比；
步骤S4，根据所述占空比计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据所述脉宽调制信号对所述开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
2.如权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中通过下述公式计算得到所述第一偏差电流：
e＝Iref-If；
其中，e用于表示所述第一偏差电流；
Iref用于表示所述参考电流；
If用于表示所述反馈电流。
3.如权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括启动所述开关磁阻电机时，获取所述自适应校正增益值的第一步骤：步骤S20，将所述自适应校正增益初始值作为启动所述开关磁阻电机时的所述自适应校正增益值。
4.如权利要求3所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括运行所述开关磁阻电机时的获取所述自适应校正增益值的步骤，具体包括：
步骤S21，将所述控制电压和所述反馈电流进行计算得到一第二偏差电流；
步骤S22，将所述第二偏差电流和所述控制电压进行计算得到一第一增益值；
步骤S23，根据所述第一增益值、一第二增益值和所述自适应校正增益初始值，计算得到所述自适应校正增益值。
5.如权利要求4所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括以下步骤：
步骤S211，将所述控制电压输入至一参考模型中进行计算，以获取所述参考模型输出的参考模型电流；
步骤S212，计算所述参考模型电流和所述反馈电流之间的差值，并将所述参考模型电流和所述反馈电流之间的差值作为所述第二偏差电流。
6.如权利要求5所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S211中的参考模型通过以下公式表示：
Figure FDA0002525178810000021
其中，Km用于表示所述开关磁阻电机的电阻的倒数，
Figure FDA0002525178810000022
R用于表示额定电流下的所述开关磁阻电机的电阻；
Tm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的时间参数，
Figure FDA0002525178810000031
Lm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的电感值，R用于表示额定电流下的所述开关磁阻电机的电阻；
S用于表示拉普拉斯变换算子。
7.如权利要求5所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S212中通过下述公式计算得到所述第二偏差电流：
Ie＝Im-If；
其中，Im用于表示所述参考模型电流，通过下述公式由所述参考模型和所述控制电压的乘积计算得到：
Figure FDA0002525178810000032
Km用于表示所述开关磁阻电机的电阻的倒数，
Figure FDA0002525178810000033
R用于表示额定电流下的所述开关磁阻电机的电阻，S用于表示拉普拉斯变换算子；
If用于表示所述反馈电流；
Tm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的时间参数，
Figure FDA0002525178810000041
Lm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的电感值；
Ie用于表示第二偏差电流。
8.如权利要求4所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S23包括以下步骤：
步骤S231，将所述第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
步骤S232，将所述第三增益值和所述第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
步骤S233，将所述第四增益值和所述自适应校正增益初始值进行相加计算得到所述自适应校正增益值。
9.如权利要求8所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S23中通过下述公式计算得到所述自适应校正增益值：
Kc＝Kc0+B∫Ieudt；
其中，Kc用于表示所述自适应校正增益值；
Kc0用于表示所述自适应校正增益初始值，所述自适应校正增益初始值为所述自适应校正增益值在0时刻的初始值；
u用于表示所述控制电压；
B用于表示所述第二增益值，
Figure FDA0002525178810000042
Tm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的时间参数，
Figure FDA0002525178810000051
Lm用于表示所述开关磁阻电机的所述参考模型的电感值；
σ用于表示一李雅普诺夫常数，并且σ＞0；
Kp用于表示电流环增益，
Figure FDA0002525178810000052
t用于表示时间变量。
10.如权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中通过下述公式计算得到所述占空比：
ρ＝u×K；
其中，ρ用于表示所述占空比；
u用于表示所述控制电压；
K用于表示所述电压占空比调制系数。
11.一种开关磁阻电机的控制系统，应用于一开关磁阻电机中；其特征在于，所述控制系统包括：
第一偏差计算模块，与所述开关磁阻电机连接，用于根据一参考电流和所述开关磁阻电机输出的反馈电流计算得到一第一偏差电流；
自适应校正调节模块，与所述第一偏差计算模块连接，用于根据所述第一偏差电流和一自适应校正增益值计算得到一控制电压；
占空比计算模块，与所述自适应校正调节模块连接，用于根据所述控制电压和一电压占空比调制系数得到一占空比；
驱动模块，与所述占空比计算模块连接，用于根据所述占空比计算得到一固定频率的脉宽调制信号，以根据所述脉宽调制信号对所述开关磁阻电机的电流和转矩进行控制。
12.如权利要求11所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述自适应校正调节模块包括自适应校正器和PI调节器，所述自适应校正器的输出端与和所述PI调节器的输入端连接，所述PI调节器的输出端与所述自适应校正器的输入端连接，所述自适应校正器用于输出所述自适应校正增益值，所述PI调节器用于输出所述控制电压；
所述自适应校正器包括：
第一校正单元，应用于所述开关磁阻电机启动时，将所述自适应校正增益初始值作为所述自适应校正增益值；
第二校正单元，应用于所述开关磁阻电机运行时，根据所述PI调节器输出的所述控制电压、所述反馈电流和所述自适应校正增益初始值计算得到所述自适应校正增益值。
13.如权利要求12所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述第二校正单元包括：
第二偏差电流计算组件，分别与所述开关磁阻电机和所述PI调节器连接，分别获取并根据所述PI调节器输出的所述控制电压和所述反馈电流计算得到一第二偏差电流；
第一增益值计算组件，分别与所述第二偏差电流计算组件和所述PI调节器连接，用于根据所述第二偏差电流和所述PI调节器输出的所述控制电压进行计算得到一第一增益值；
自适应校正增益值计算组件，与所述第一增益值计算组件连接，用于根据所述第一增益值、一第二增益值和所述自适应校正增益初始值进行计算，以得到所述自适应校正增益值。
14.如权利要求13所述的开关磁阻电机的控制系统，其特征在于，所述自适应校正增益值计算组件包括：
积分器，与所述第一增益值计算组件连接，用于接收并对所述第一增益值进行积分运算，以得到第三增益值；
第四增益值计算块，与所述积分器连接，用于将所述第三增益值和所述第二增益值进行相乘计算得到第四增益值；
自适应校正增益值计算块，与所述第四增益值计算块连接，用于将所述第四增益值和所述自适应校正增益初始值进行相加计算得到所述自适应校正增益值。
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