CN114465540A - 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法 - Google Patents

基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114465540A
CN114465540A CN202210127029.0A CN202210127029A CN114465540A CN 114465540 A CN114465540 A CN 114465540A CN 202210127029 A CN202210127029 A CN 202210127029A CN 114465540 A CN114465540 A CN 114465540A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
torque
distribution function
interval
output
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
CN202210127029.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114465540B (zh
Inventor
胡艳芳
康智勇
沈晨
孙德博
谷存江
张宗
李永建
苏鹏
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.)
Hebei University of Technology
Original Assignee
Hebei University of Technology
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 Hebei University of Technology filed Critical Hebei University of Technology
Priority to CN202210127029.0A priority Critical patent/CN114465540B/zh
Publication of CN114465540A publication Critical patent/CN114465540A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114465540B publication Critical patent/CN114465540B/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
    • 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
    • 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
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • 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
    • 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
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法，属于电机控制领域。包括区间分段转矩分配函数模块，根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩，能将换相区间进行实时分区，在不同的区间会产生不同的相参考转矩；转矩滞环控制器用来跟踪区间分段转矩分配函数模块输出的各相参考转矩，将输出的控制信号传递给功率变换器来控制开关器件的导通与关断用来驱动系统正常运行。本发明能够在换相区间根据前后两相的转矩产生特性实时分区，与传统的转矩分配函数控制策略相比，可以不事先规定具体的转矩分配函数，能够在宽调速范围实现转矩脉动最小化。

Description

基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法。
背景技术
开关磁阻电机(Switched Reluctance motor,SRM)具有结构简单，成本低，可靠性高，调速范围广的特点，在航空航天及新能源电动车等领域拥有良好的发展前景。但是，由于电机本身的双凸极结构和高度的非线性电磁特性，导致开关磁阻电机驱动系统具有噪声和转矩脉动大，功率密度低等不足。由于SRM脉冲式供电方式，尤其在电机换相期间，会造成大的转矩波动，传统的控制方式不能抑制在换相期间产生的转矩脉动。传统的转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)控制策略通过在换相区间以函数的形式给各相分配合理的参考转矩来达到转矩脉动抑制的效果，但是这种控制方法算法复杂，对控制器硬件要求高，没有充分考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力，对转矩脉动抑制的效果有待提高。
文献《基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制》虽然研究了一种不事先规定具体的转矩分配函数控制策略，在换相期间使前一相始终去磁，将总的参考转矩与前一相的差值始终作为后一相的相参考转矩，只对后一相进行转矩分配，但是没有考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力，导致后一相转矩的增加不足以补偿前一相转矩的跌落，造成一定的转矩脉动。
综上所述，目前需要一种算法简单且能够充分考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力的转矩分配函数策略来抑制转矩脉动。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明提供了一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统及方法。所述方案结合区间分段和转矩分配函数的思想，将换相区间根据前后两相的转矩产生能力实时分区，进一步抑制系统的转矩脉动。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面；提供一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统及方法，包括开关磁阻电机、位置传感器、功率变换器、电流传感器、PID速度控制器、转矩滞环控制器、转速计算模块、转矩计算模块、区间分段转矩分配函数模块；
位置传感器和电流传感器分别获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；
转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的瞬时相转矩值；
转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的实际转速值；
PID速度控制器根据给定转速与实际转速的偏差值作为PID速度控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；
区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩。
根据位置传感器和电流传感器获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的相转矩值；转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的转速值；根据系统给定的参考转速与电机反馈的实际转速的偏差值作为PID转速控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的相转矩，系统设定的开通关断角和各相反馈的位置信号输出各相的参考转矩；转矩滞环控制器用来跟踪区间分段的转矩分配函数模块输出的各相参考转矩，最后将输出的控制信号传递给功率变换器来控制开关器件的导通与关断用来驱动系统正常运行。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述的转矩计算模块根据有限元仿真获取的转子位置和电流值的二维数据表通过线性插值查表法获取。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述的转速计算模块根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿通过控制器内部定时器计数计算获取。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述的PID控制器根据传统的比例积分微分公式获取系统总参考转矩。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间进行实时分区，第一区间定义为输出相产生的转矩大于输入相产生的转矩，第二区间定义为输入相产生的转矩大于输出相产生的转矩，
在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩；
在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为反方向的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。
所述的转矩滞环控制器采用硬斩波的方式进行跟踪参考相转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式，采用这种方式能够提高相转矩跟踪的响应速度。
进一步的，所述的转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。
第二方面：提供一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制方法，该控制方法的具体步骤是：
步骤5-1：设置系统运行的开通角、关断角，初始化电周期个数循环变量n＝1；
步骤5-2：获取换相期间输出相和输入相的相电流和位置信号，其中输出相的相电流和位置信号分别记为ik、θk，输入相的相电流和位置信号分别记为ik+1、θk+1；
步骤5-3：获取换相期间输出相和输入相的瞬时相转矩值，其中输出相的瞬时相转矩记为Tk，输入相的瞬时相转矩记为Tk+1；
步骤5-4：在换相期间判断输出相瞬时相转矩和输入相瞬时相转矩的大小关系；若如果判定结果为输出相的瞬时相转矩Tk大于输入相的瞬时相转矩Tk+1，系统运行在第一区间，则采取公式(2)的转矩分配函数f(T，θ)来对系统进行控制：
Figure BDA0003500850420000031
如果判定结果为输入相的瞬时相转矩大于输出相的瞬时相转矩，系统运行在第二区间，则采取公式(3)的转矩分配函数来对系统进行控制：
Figure BDA0003500850420000032
式中，θon为开通角，θoff为关断角，θov为换相重叠角,τ为转子极距，Tref总参考转矩；
步骤5-5：使电周期个数循环变量n加1，返回步骤5-2对下一个电周期进行控制。
在换相区间输出相的转子位置θk满足式(4)，换相期间输入相的转子位置θk+1满足式(5)，θoff≤θk＜θoff+θov(4)
θon≤θk+1＜θon+θov(5)，
若系统系统处于换相期间中的第一区间，将输入相θk+1带入公式(2)对应的转矩分配函数值为0，此时对输入相不分配参考转矩，输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压；将输出相θk带入公式(2)对应的转矩分配函数值为Tref-Tk+1，则同时将系统的总参考转矩Tref与输入相产生的瞬时相转矩Tk+1的偏差值作为输出相的相参考转矩；在此区间，能够充分利用输出相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，同时在此区间充分利用输入相的相转矩产生能力，将输入相产生的瞬时相转矩相对于系统总参考转矩来讲不足的瞬时转矩部分反馈给输出相去出力，减少了在此区间输入相的开关损耗，提高系统的运行效率；
若系统处于换相期间中的第二区间，将输出相θk带入公式(3)对应的转矩分配函数值为0，此时对输出相不分配参考转矩，输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压；将输入相θk+1带入公式(3)对应的转矩分配函数值为Tref-Tk，同时将系统的总参考转矩Tref与输出相产生的瞬时相转矩Tk的偏差值作为输入相的相参考转矩；在此区间，能够充分利用输入相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，同时在此区间对输出相进行完全去磁控制，加快了输出相的退磁过程，缩短退磁时间，避免输出相在电感下降区产生拖尾电流进而产生负转矩影响系统运行效率，同时减少了在此区间输出相的开关损耗，提高系统的运行效率。
第三方面，提供一种开关磁阻电机，包括上述的一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统，且执行上述的一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制方法。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果；
(1)本发明所述方案将区间分段的思想用于转矩分配函数控制当中，同时又不事先规定具体的转矩分配函数，算法简单，缩短控制器算法的运行时间，提高系统的运行速度，对控制器硬件要求低，可以在宽调速范围实现转矩脉动最小化。
(2)本发明充分考虑了换相期间前后两相的转矩产生能力，在换相期间对前后两相转矩进行转矩分配，转矩分配函数的设置引入了开通角和关断角及瞬时相转矩来获得相参考转矩，在不同区间利用转矩跟踪性能好的一相去跟踪相参考转矩，弥补了传统转矩分配函数转矩跟踪性能差的不足。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统的结构框图；
图2为本发明基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统的换相期间流程框图；
图3为本发明提出的区间分段的转矩分配函数示意图；
图4为在一台三相电机转速为1500rpm，负载转矩为2N·m的工况下，传统的立方形转矩分配函数与本申请所提出的区间分段的转矩分配函数两种控制策略的总转矩仿真图，从图中能看出本申请提出的区间分段的转矩分配函数策略具有更低的转矩脉动；
图5为有限元软件仿真获取的电流-转子位置-相转矩曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
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结合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统，该系统包括：开关磁阻电机、位置传感器、功率变换器、电流传感器、控制器，控制器包括PID速度控制器、转矩滞环控制器、转速计算模块、转矩计算模块和区间分段转矩分配函数模块：
根据位置传感器获取反馈的各相位置信号，根据电流传感器获取反馈的各相电流值，控制器根据反馈的各相位置信号以及反馈的各相的电流值产生驱动信号控制功率变换器开关器件的开通和关断；所述的位置传感器与开关磁阻电机本体相连同时也和控制器相连，所述的电流传感器与功率变换器相连同时也和控制器相连。
转矩计算模块根据当前时刻反馈的各相位置信号和当前时刻反馈的各相电流值得到当前时刻各相的瞬时相转矩值；
具体地，所述的转矩计算模块通过有限元仿真得到相电流和各相位置信号的二维数据表，再通过线性插值查二维数据表的方式获取的瞬时相转矩。
进一步的，转速计算模块根据反馈的任一相的位置信号来获取电机实时运行的转速；
具体地，所述的转速计算模块根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿通过控制器内部定时器计数计算获取。
进一步的，PID速度控制器根据系统所设定的给定转速与实际转速的偏差获取系统运行的总参考转矩。
具体地，所述的PID速度控制器将系统的速度偏差值带入比例积分微分公式，输出为系统的总参考转矩。
进一步的，区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩，系统设定的开通、关断角和各相反馈的位置信号输出各相的参考转矩；
具体地，所述的区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间实时分区，即按照输入相和输出相的产生的转矩的相对大小进行区间划分，没有固定的分界点，第一区间定义为输出相产生的转矩大于输入相产生的转矩，第二区间定义为输入相产生的转矩大于输出相产生的转矩。具体包括：
在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩。
在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为反方向的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。
进一步的，所述的转矩滞环控制器采用硬斩波的方式跟踪相参考转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式，采用这种方式能够提高相转矩跟踪的响应速度。
具体地，所述的转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。
下面结合附图1对本发明的技术方案进行详细说明：
基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制方法，该方法包括以下内容：
步骤1：位置传感器获取各相的位置信号θa、θb、θc；电流传感器获取各相的电流值Ia、Ib、Ic；
步骤2：转速计算模块根据任一相的位置信号获取电机实时运行的转速值ω；
步骤3：PID速度控制器根据系统设定的转速(即给定转速)与实时运行的转速(即实际转速)的偏差得到系统运行的总参考转矩Tref；
步骤4；转矩计算模块根据反馈的各相位置信号θa、θb、θc和反馈的各相电流值Ia、Ib、Ic得到各相的瞬时相转矩Ta、Tb、Tc；
步骤5：区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩Tref、实时反馈的瞬时相转矩Ta、Tb、Tc，系统设定的开通角θon、关断角θoff和各相反馈的位置信号θa、θb、θc，输出各相的相参考转矩Tref_a、Tref_b、Tref_c；
步骤6：各相的瞬时相转矩Ta、Tb、Tc通过转矩滞环控制器跟踪各相的相参考转矩Tref_a、Tref_b、Tref_c，实现系统的转矩脉动最小化，转矩滞环控制器输出的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
所述步骤2中转速计算模块根据控制器接收的任一相转子位置信号通过其中一相转子位置信号两个相邻的脉冲边沿利用控制器内部定时器计数计算获取的方式获取电机实时运行的转速值ω，具体地，根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿通过控制器内部定时器计数计算获取。
所述步骤3中的PID速度控制器根据下面的等式来获取系统运行的总参考转矩Tref：
Figure BDA0003500850420000061
式中，e为系统给定转速与系统运行的实际转速的差值，kp为比例系数，ki为时间积分常数，kd为微分时间常数，t为时间；
所述步骤4中系统瞬时相转矩通过有限元仿真并查表实现，输入当前时刻反馈的各相电流值和反馈的各相位置信号，即可得到当前时刻瞬时相转矩值Ta、Tb、Tc，系统瞬时总转矩为当前时刻各相的瞬时相转矩之和，通过有限元仿真获得二维数据表，二维数据表的曲线图如图5所示，图5反映了各相的瞬时相转矩关于相电流和转子位置信号的静态映射关系，为瞬时相转矩关于转子位置在不同的电流值下的曲线族。
所述步骤5中区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间实时分区，具体包括：
在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩。
在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩Tref与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。
进一步的，下面结合附图2对本发明方案换相期间的流程进行说明：
5-1：设置系统运行的开通角、关断角，电周期个数循环变量n＝1；
5-2：获取换相期间输出相和输入相的相电流和位置信号，其中输出相的相电流为ik,位置信号为θk，输入相的相电流为ik+1,位置信号为θk+1；
5-3：获取换相期间输出相和输入相的瞬时相转矩值，其中输出相的瞬时相转矩为Tk，输入相的瞬时相转矩为Tk+1；
5-4：在换相期间判断输出相瞬时相转矩和输入相瞬时相转矩的大小关系；如果判定结果为输出相的瞬时相转矩大于输入相的瞬时相转矩，则证明系统运行在图3中的第一区间则采取公式(2)的转矩分配函数f(T，θ)来对系统进行控制：
Figure BDA0003500850420000062
如果判定结果为输入相的瞬时相转矩大于输出相的瞬时相转矩，则证明系统运行在附图3中的第二区间则采取公式(3)的转矩分配函数来对系统进行控制：
Figure BDA0003500850420000071
式中，θon为系统设定的开通角，θoff为系统设定的关断角，θov为换相重叠角,τ为转子极距。
具体地，如果系统在换相期间输出相的瞬时相转矩大于输入相的瞬时相转矩，即系统处于换相期间中的第一区间，且换相期间输出相的转子位置θk满足式(4)，换相期间输入相的转子位置θk+1满足式(5)，则根据转矩分配函数式(2)，由于输入相θk+1对应的转矩分配函数值为0，对输入相不分配参考转矩，输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压；由于输出相θk对应的转矩分配函数值为Tref-Tk+1，则同时将系统的总参考转矩Tref与输入相产生的瞬时相转矩Tk+1的偏差值作为输出相的相参考转矩。在此区间，能够充分利用输出相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，且不事先规定具体的转矩分配函数，算法简单，同时在此区间充分利用输入相的相转矩产生能力，将输入相产生的瞬时相转矩相对于系统总参考转矩来讲不足的瞬时转矩部分反馈给输出相去出力，减少了在此区间输入相的开关损耗，提高系统的运行效率。
θoff≤θk＜θoff+θov (4)
θon≤θk+1＜θon+θov (5)
本申请所提出的转矩分配函数事先不规定好具体的转矩分配函数形状，因此不需要设置正弦余弦的函数式，通过在换相期间前后两相的转矩大小和系统的总参考转矩在不同区间分配给各相合适的相参考转矩，因此本申请的转矩分配函数采用参考转矩Tref的形式。
进一步的，如果系统在换相期间输入相的瞬时相转矩大于输出相的瞬时相转矩，即系统处于换相期间中的第二区间，且换相期间输出相的转子位置θk满足式(4)，换相期间输入相的转子位置θk+1满足式(5)，则根据转矩分配函数式(3)，由于输出相θk对应的转矩分配函数值为0，对输出相不分配参考转矩，输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压；由于输入相θk+1对应的转矩分配函数值为Tref-Tk，同时将系统的总参考转矩Tref与输出相产生的瞬时相转矩Tk的偏差值作为输入相的相参考转矩。在此区间，能够充分利用输入相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，且不事先规定具体的转矩分配函数，算法简单，同时在此区间对输出相进行完全去磁控制，加快了输出相的退磁过程，缩短退磁时间，避免输出相在电感下降区产生拖尾电流进而产生负转矩影响系统运行效率。同时减少了在此区间输出相的开关损耗，提高系统的运行效率。
所述步骤6中的转矩滞环控制器采硬斩波的方式进行跟踪参考相转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式，采用这种方式能够提高相转矩跟踪的响应速度。
具体地，所述的转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种开关磁阻电机。
一种开关磁阻电机，包括上述的一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统，且执行上述的一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制方法。
上述实施例提供的一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统及方法对电机相数没有要求，具有很好的普适性，有很好的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，包括开关磁阻电机、位置传感器、功率变换器、电流传感器、PID速度控制器、转矩滞环控制器、转速计算模块、转矩计算模块，其特征在于，该控制系统还包括区间分段转矩分配函数模块，
位置传感器和电流传感器分别获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；
转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的瞬时相转矩值；
转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的实际转速值；
PID速度控制器根据给定转速与实际转速的偏差值作为PID速度控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；
区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩。
2.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间进行实时分区，第一区间定义为输出相产生的转矩大于输入相产生的转矩，第二区间定义为输入相产生的转矩大于输出相产生的转矩，
在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩；
在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。
3.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述转矩计算模块根据有限元仿真获取的转子位置和电流值的二维数据表，再通过线性插值查表法获取瞬时相转矩值；所述转速计算模块根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿利用控制器内部定时器计数计算获取实际转速值；所述PID速度控制器根据比例积分微分公式获取系统的总参考转矩；所述转矩滞环控制器采用硬斩波的方式进行跟踪相参考转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式。
4.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。
5.一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制方法，该控制方法的具体步骤是：
步骤5-1：设置系统运行的开通角、关断角，初始化电周期个数循环变量n＝1；
步骤5-2：获取换相期间输出相和输入相的相电流和位置信号，其中输出相的相电流和位置信号分别记为ik、θk，输入相的相电流和位置信号分别记为ik+1、θk+1；
步骤5-3：获取换相期间输出相和输入相的瞬时相转矩值，其中输出相的瞬时相转矩记为Tk，输入相的瞬时相转矩记为Tk+1；
步骤5-4：在换相期间判断输出相瞬时相转矩和输入相瞬时相转矩的大小关系；若如果判定结果为输出相的瞬时相转矩Tk大于输入相的瞬时相转矩Tk+1，系统运行在第一区间，则采取公式(2)的转矩分配函数f(T，θ)来对系统进行控制：
Figure FDA0003500850410000021
如果判定结果为输入相的瞬时相转矩大于输出相的瞬时相转矩，系统运行在第二区间，则采取公式(3)的转矩分配函数来对系统进行控制：
Figure FDA0003500850410000022
式中，θon为开通角，θoff为关断角，θov为换相重叠角,τ为转子极距，Tref总参考转矩；
步骤5-5：使电周期个数循环变量n加1，返回步骤5-2对下一个电周期进行控制。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在换相区间输出相的转子位置θk满足式(4)，换相期间输入相的转子位置θk+1满足式(5)，
θoff≤θk＜θoff+θov (4)
θon≤θk+1＜θon+θov (5)，
若系统处于换相期间中的第一区间，将输入相θk+1带入公式(2)对应的转矩分配函数值为0，此时对输入相不分配参考转矩，输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压；将输出相θk带入公式(2)对应的转矩分配函数值为Tref-Tk+1，则同时将系统的总参考转矩Tref与输入相产生的瞬时相转矩Tk+1的偏差值作为输出相的相参考转矩；在此区间，能够充分利用输出相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，同时在此区间充分利用输入相的相转矩产生能力，将输入相产生的瞬时相转矩相对于系统总参考转矩来讲不足的瞬时转矩部分反馈给输出相去出力，减少了在此区间输入相的开关损耗，提高系统的运行效率；
若系统处于换相期间中的第二区间，将输出相θk带入公式(3)对应的转矩分配函数值为0，此时对输出相不分配参考转矩，输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压；将输入相θk+1带入公式(3)对应的转矩分配函数值为Tref-Tk，同时将系统的总参考转矩Tref与输出相产生的瞬时相转矩Tk的偏差值作为输入相的相参考转矩；在此区间，能够充分利用输入相转矩跟踪性能好的优点进行转矩脉动抑制，同时在此区间对输出相进行完全去磁控制，加快了输出相的退磁过程，缩短退磁时间，避免输出相在电感下降区产生拖尾电流进而产生负转矩影响系统运行效率，同时减少了在此区间输出相的开关损耗，提高系统的运行效率。
7.一种开关磁阻电机，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，或执行权利要求5或6所述的控制方法。
CN202210127029.0A 2022-02-11 2022-02-11 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法 Active CN114465540B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210127029.0A CN114465540B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210127029.0A CN114465540B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114465540A true CN114465540A (zh) 2022-05-10
CN114465540B CN114465540B (zh) 2023-12-12

Family

ID=81414304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210127029.0A Active CN114465540B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114465540B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131689A (zh) * 2023-03-02 2023-05-16 南京航空航天大学 基于h桥变换器的电励磁双凸极电机转矩分配控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108900132A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 南京理工大学 基于遗传算法和转矩分配函数的开关磁阻电机控制方法
CN110880900A (zh) * 2019-08-30 2020-03-13 南京理工大学 一种用于开关磁阻电机的转矩脉动抑制的方法
CN112886893A (zh) * 2021-01-11 2021-06-01 山东省科学院自动化研究所 基于关断角优化的开关磁阻电机转矩控制方法及系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108900132A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 南京理工大学 基于遗传算法和转矩分配函数的开关磁阻电机控制方法
CN110880900A (zh) * 2019-08-30 2020-03-13 南京理工大学 一种用于开关磁阻电机的转矩脉动抑制的方法
CN112886893A (zh) * 2021-01-11 2021-06-01 山东省科学院自动化研究所 基于关断角优化的开关磁阻电机转矩控制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
户红艳: "开关磁阻电机换相转矩脉动抑制方法研究", 中国优秀硕士论文全文数据库（电子期刊）, pages 1 - 69 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131689A (zh) * 2023-03-02 2023-05-16 南京航空航天大学 基于h桥变换器的电励磁双凸极电机转矩分配控制方法
CN116131689B (zh) * 2023-03-02 2023-08-18 南京航空航天大学 基于h桥变换器的电励磁双凸极电机转矩分配控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114465540B (zh) 2023-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xia et al. Model predictive control method of torque ripple reduction for BLDC motor
Teja et al. A new model reference adaptive controller for four quadrant vector controlled induction motor drives
Echenique et al. Sensorless control for a switched reluctance wind generator, based on current slopes and neural networks
US6646407B2 (en) Electric motor control having DC-DC converter and method of using same
CN110071674B (zh) 一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN205051611U (zh) 抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统
Wang et al. High-precision sensorless control based on magnetic flux/current method for SRM starting/generating system
CN114465540B (zh) 基于区间分段的srm转矩分配函数控制系统及方法
Kashani et al. Reduction of torque ripple in an electrolytic capacitor-less BLDC motor drive by simultaneous speed and torque control method
CN114400945A (zh) 双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法
Wang et al. Design of a wide speed range control strategy of switched reluctance motor for electric vehicles
CN110096077B (zh) 开关磁阻电机非奇异快速终端滑模转速控制方法及系统
CN111769780B (zh) 一种电机控制器的控制方法、装置及汽车
CN109379012B (zh) 一种无高频信号注入的永磁同步电机低速位置估计方法
Husain et al. An efficient universal controller for switched-reluctance machines
CN113285634B (zh) 基于多步零延迟模型预测的永磁同步电机高速弱磁控制方法及系统
CN112865613B (zh) 一种半集中式开绕组电机驱动系统的控制方法
CN114499340A (zh) 一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法
CN112019120B (zh) 引入超前拍电流的永磁同步电机离散域电流环控制方法
CN114123928A (zh) 基于n+1桥臂的n相双凸极电机最优电流控制方法
CN108459199B (zh) 改进的开关磁阻电机电流采样方法
Zhang et al. Research on a sensorless SVM-DTC strategy for induction motors based on modified stator model
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
Krasovsky et al. Obtaining the MTPA mode in the Three-phase Traction SRM with a Flat Topped Shape of Phase Current
Tan et al. MPC Based Full-speed Domain Control Strategy of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor

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