CN113972878B - 基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，涉及变磁阻类电机控制技术领域。本发明所述的基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法主要包括电流采样环节、状态查询表和迭代控制器三部分。其控制原理为：将一个电周期分为n个区间，记录每一区间的占空比和电流误差，迭代控制器根据上一个电周期同一区间的占空比和控制误差，计算当前的占空比。本发明提出的控制方法能够有效地降低三相电流的控制误差，提升电励磁双凸极电机的电流稳态性能，适用于电励磁双凸极电动机电流性能的优化。

Description

基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法
技术领域
本发明属于变磁阻类电机控制技术领域，尤其涉及一种应用于电励磁双凸极电机的电流迭代控制方法。
背景技术
电励磁双凸极电机作为一种磁阻类电机，转子上不存在绕组和磁钢，具有结构简单牢固和可靠性高等优点。同时，电励磁双凸极电机由于其定子励磁的特性，磁场易于调节，适用于宽转速范围运行的电机系统，例如飞机起动/发电系统和新能源汽车等领域。
然而，电励磁双凸极电机的定转子双边凸极结构，使得电机的电感、反电势等特性具有强非线性和时变性。电感和反电势的非线性给电励磁双凸极电机的电流控制带来很大的难度。电励磁双凸极电机通常采用比例积分调节器进行电流的闭环控制。其中，根据理论计算，比例积分调节器的理想比例和积分系数由电机的相电感和电阻决定。而电励磁双凸极电机的电感随转子位置的变化而变化，因此，比例积分调节器的理想比例和积分系数也应当随着转子位置改变。另一方面，比例积分调节器对交流量难以实现无差跟踪，而电励磁双凸极电机的相电流给定值在一个电周期内为交流量。因此，电励磁双凸极电机的传统电流控制方法通常存在较大的电流控制误差和电流幅值震荡。
基于以上分析，本方案目的是提出一种基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，采用迭代控制器替代比例积分调节器，避免了采用比例积分调节器导致的电流控制误差的问题。本发明所提出的一种基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，可以有效地抑制电励磁双凸极电机的电流误差和幅值震荡，提升电励磁双凸极电机的电流稳态性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对电励磁双凸极电机传统电流控制方法导致的电流误差和震荡问题，提出了基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，可以有效地抑制电励磁双凸极电机的电流误差和幅值震荡，提升电励磁双凸极电机的电流稳态性能。
本发明为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明所提出的一种基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，包括电流采样环节、状态查询表和迭代控制器三部分。其中，迭代控制器包括存储模块和迭代系数环节。其控制原理为：将一个电周期均匀的分为n个区间，存储模块记录每一个区间内作用的占空比及相应的电流控制误差；根据上一个电周期同一区间内的占空比及相应的电流控制误差，按照一定的比例系数关系，计算出当前的占空比。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提出的控制方法能够有效地降低三相电流的控制的稳态误差。
2.本发明提出的控制方法能够有效地降低电励磁双凸极电机的三相电流纹波。
3.本发明所提出的控制方法能够显著降低电励磁双凸极电机电流控制对电机参数的敏感性。
附图说明
图1为本发明提供的基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制框图；
图2为电励磁双凸极电机的电感特性图；
图3为一个电周期的区间划分示意图；
图4为本发明提供的迭代控制器的原理框图；
图5为采用传统电流控制方法时电励磁双凸极电机电流波形；
图6为采用本发明提出的基于迭代自适应控制时电励磁双凸极电机电流波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
本发明公开了基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，如图1所示为基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制框图，主要包括电流采样环节、状态查询表和迭代控制器三部分，所述方案的实现步骤如下：
电流采样环节包括电流霍尔传感器和模数转换器。其中，电流霍尔传感器采样三相电流模拟信号ia、ib、ic，模数转换器将三相电流模拟信号转换为三相电流数字信号IA,B,C。
状态查询表根据由旋转变压器输出的转子位置信号θ，输出一相电流数字信号ip。当0<θ<120°时，输出A相电流数字信号即ip＝iA；当120°<θ<240°时，输出B相电流数字信号即ip＝iB；当240°<θ<360°时，输出C相电流数字信号即ip＝iC。
迭代控制器根据状态查询表输出的电流误差ierr和旋转变压器输出的转子位置信号θ，输出相应的占空比，用于控制三相全桥逆变器，实现电流的闭环控制。
如图2所示为电励磁双凸极电机的电感特性图，图中Laf、Lbf、Lcf分别为A、B、C三相绕组与励磁绕组之间的互感，La、Lb、Lc分别为A、B、C三相绕组的自感，图中θ为转子位置角。以0°、120°、240°为分界点，将一个电周期内的电感变化划分为三个区间，即电感上升区、电感下降区、电感不变区。分界点分别是A、B、C三相定子极与转子极对齐的位置，此时对应相的电感值最大。
如图3所示为一个电周期的区间划分示意图，将一个电周期均匀的分为n个区间。其中，n＝fs/fe，fs为采样频率，fe为电频率。
如图4所示为本发明提供的迭代控制器的原理框图，主要包括存储模块和迭代系数环节两部分，所述方案的实现步骤如下：存储模块记录每一个区间内作用的占空比及相应的电流控制误差；第i个电周期j个区间时，存储模块根据转子位置信号输出i-1个电周期j个区间的输出占空比D(i-1,j)和i-1个电周期j+1个区间采样到的电流误差ierr(i-1,j+1)。在第i个电周期j个区间时，迭代控制器的输出占空比D(i,j)是根据i-1个电周期j个区间的输出占空比D(i-1,j)和i-1个电周期j+1个区间采样到的电流误差ierr(i-1,j+1)计算得到，具体计算方式如下：
D(i,j)＝D(i-1,j)+KL*ierr(i-1,j+1)
其中，KL为迭代系数。
图5为采用传统电流控制方法时电励磁双凸极电机电流波形。图6为采用本发明提出的基于迭代自适应控制时电励磁双凸极电机电流波形。图5和图6对应的电流给定值均为30A。由图5可知，采用传统电流控制方法时，电励磁双凸极电机电流与电流给定值存在较大的误差，电流波形不是平直的方波，并且电流幅值在一个电周期内存在明显的波动。由图6可知，本发明提出的基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法时，电励磁双凸极电机的电流波形为平直的方波，并且电流波形与电流给定值的误差较小。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明提出的基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法能够有效地降低三相电流的控制误差，提升电励磁双凸极电机的电流稳态性能，适用于电励磁双凸极电动机电流性能的优化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.基于迭代自适应控制的电励磁双凸极电机电流控制方法，其特征在于，包括电流采样环节、状态查询表和迭代控制器三部分；
电流采样环节包括电流霍尔传感器和模数转换器；其中，电流霍尔传感器采样三相电流模拟信号ia、ib、ic，模数转换器将三相电流模拟信号转换为三相电流数字信号IA,B,C；
状态查询表根据由旋转变压器输出的转子位置信号θ，输出一相电流数字信号ip；当0<θ<120°时，输出A相电流数字信号即ip＝IA；当120°<θ<240°时，输出B相电流数字信号即ip＝IB；当240°<θ<360°时，输出C相电流数字信号即ip＝IC；
迭代控制器包括存储模块和迭代系数环节，其特征在于，将一个电周期均匀的分为n个区间；其中，n＝fs/fe，fs为采样频率，fe为电频率；
所述的存储模块，其特征在于，在第i个电周期j个区间时，存储模块根据转子位置信号输出i-1个电周期j个区间的输出占空比D(i-1,j)和i-1个电周期j+1个区间采样到的电流误差ierr(i-1,j+1)；
所述的迭代控制器，其特征在于，在第i个电周期j个区间时，迭代控制器的输出占空比D(i,j)是根据i-1个电周期j个区间的输出占空比D(i-1,j)和i-1个电周期j+1个区间采样到的电流误差ierr(i-1,j+1)计算得到，具体计算方式如下：
D(i,j)＝D(i-1,j)+KL*ierr(i-1,j+1)
其中，KL为迭代系数。
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