CN114499340A - 一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法 - Google Patents

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CN114499340A CN202210116331.6A CN202210116331A CN114499340A CN 114499340 A CN114499340 A CN 114499340A CN 202210116331 A CN202210116331 A CN 202210116331A CN 114499340 A CN114499340 A CN 114499340A
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康智勇
沈晨
孙德博
谷存江
张宗
李永建
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Abstract

本发明为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法。该系统包括开通角优化模块、关断角优化模块和转矩滞环控制器，开通角优化模块根据系统运行的实时转速、参考转矩与转矩偏差系数得到系统优化后的开通角；关断角优化模块根据系统运行的实时转速、电流传感器反馈的电流信号和转矩偏差系数得到系统优化后的关断角；转矩滞环控制器根据优化后的开通角和关断角、转矩偏差值、系统运行的各相实时位置信号输出合适的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断驱动系统正常运行。该方法能够在宽调速范围下充分利用多相开关磁阻电机多相励磁的特点，在充分利用系统的转矩产生能力的前提下实现转矩脉动最小化、提高运行效率。

Description

一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种基于瞬时转矩控制的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法。
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，会造成大的转矩脉动，多相开关磁阻电机由于步距角的减少能够采取多相励磁的方式增加相电流重叠区域来降低系统的转矩脉动，但是由于磁极排布方式的不对称性，在不同磁极交界处会产生一定转矩脉动且系统在宽调速范围下具有转矩脉动大的缺点。
目前现有转矩脉动抑制策略大多运用在少相电机的研究上，对于多相开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究关注尚少，文献《A torque ripple minimization method forsix-phase switched reluctance motor drives》提出了一种电压空间矢量控制运用在一台六相开关磁阻电机中，但该控制策略需要对磁链和瞬时转矩同时进行控制，算法复杂，且该算法在特定区域会产生一定负转矩，降低系统的运行效率。
综上所述，目前需要提出一种针对多相开关磁阻电机转矩脉动抑制方法来最大化的降低多相开关磁阻电机的转矩脉动及提高系统的运行效率。
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瞬时转矩控制的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法。该方法结合角度位置控制和瞬时转矩控制的思想，充分利用多相开关磁阻电机在导通区间能够多相励磁的特点，最大化利用系统的转矩产生能力，在宽调速范围下进一步降低系统的转矩脉动和提高系统的运行效率。
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：提供一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，包括多相开关磁阻电机、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、PID转矩控制器、转速计算模块、转矩计算模块；其特征在于，该系统还包括关断角优化模块、开通角优化模块，
所述开通角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、PID速度控制器输出的总参考转矩Tref和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的开通角θon；
所述关断角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、电流传感器获取的相电流值I和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的关断角θoff；
所述的转矩滞环控制器根据开通角优化模块输出的开通角θon、关断角优化模块输出的关断角θoff、位置传感器获取的各相位置信号和PID转速控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr，输出为系统的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断用于驱动系统正常运行。
所述转矩计算模块根据当前时刻反馈的各相位置信号θ和当前时刻反馈的各相电流值I得到当前时刻各相的瞬时相转矩值；所述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ω；所述PID速度控制器根据系统所设定的参考转速ωref与电机实时运行的转速ω的偏差获取系统运行的总参考转矩Tref；所述PID转矩控制器根据PID速度控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr获取系统运行的转矩偏差系数k；位置传感器和电流传感器用于获取多相开关磁阻电机实时运行的各相位置信号和相电流值；
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；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；所述的PID速度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；所述PID转矩控制器将总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr带入比例积分微分公式，输出为系统的转矩偏差系数k；所述开通角优化模块在小电感区间进行励磁控制，即在小电感区间内相绕组所加电压为直流母线电压；所述关断角优化模块在每个电周期关断后进行去磁控制，即在关断之后相绕组所加电压为负的直流母线电压。
所述开通角优化模块具体实施步骤包括：
A.1根据开关磁阻电机电压平衡方程式并忽略相绕组的电阻压降和小电感区域内的电感变化率，获得小电感区间内相电流变化率的表达式；
A.2根据PID速度控制器输出的总系统参考转矩Tref通过转矩、转子位置二维数据表查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值imax，其中相电感变化率突变位置为系统固定的转子位置信号，用θref_1表示；
A.3根据步骤A.1获得的小电感区间内相电流变化率的表达式，将步骤A.2确定的最大相电流值imax代入该表达式中，使系统在相电感变化率突变位置θref_1达到所需的最大相电流值，获得系统运行的第一个电周期的开通角的表达式；
A.4根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化。
所述步骤(A.4)中根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化的具体过程是：
A.41)将当前时刻的相电感变化率突变位置θref_1、最大相电流值imax、小电感区域电感值和系统设定参考转速ωref、k相绕组的母线电压Uk代入第一个电周期的开通角的表达式中获得系统第一个电周期运行的开通角，记为
Figure BDA0003496441160000021
A.42)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将开通角
Figure BDA0003496441160000022
赋给
Figure BDA0003496441160000023
A.43)利用位置传感器和电流传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure BDA0003496441160000024
和位置信号
Figure BDA0003496441160000025
按周期个数进行循环；
A.44)获取电流传感器反馈的相电流值，当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA0003496441160000031
为最大相电流值imax时，利用位置传感器反馈的各相位置信号判断第n个电周期下k相绕组的位置是否超前于相电感变化率突变位置θref_1；最大相电流值imax根据PID速度控制器输出的系统参考转矩通过二维数据查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值；
若第n个电周期下k相绕组的位置超前于相电感变化率突变位置θref_1，则第n+1个电周期的开通角由式(6)进行计算：
Figure BDA0003496441160000032
式中，
Figure BDA0003496441160000033
ω分别为第n个电周期的开通角，第n+1个电周期的开通角，第n个电周期的转矩偏差系数，电机实时运行的转速；
若第n个电周期下k相绕组的位置没有超前于相电感变化率突变位置θref_1，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置是否滞后于相电感变化率突变位置θref_1；
若第n个电周期下k相绕组的位置滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(7)进行计算：
Figure BDA0003496441160000034
若第n个电周期下k相绕组的位置没有滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(8)进行计算：
Figure BDA0003496441160000035
系统运行的第一个电周期的开通角θon的表达式为公式(5)：
Figure BDA0003496441160000036
其中，Lmin为小电感区域电感值，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压。
所述关断角优化模块的实现步骤包括：
B.1找出系统运行的大电感区域边界范围，确定每个电周期内大电感区域的两个边界值，大电感区域边界左端表示为θref_2，右端表示为θref_3；
B.2利用开关磁阻电机电压平衡方程式与大电感边界范围的中点位置值
Figure BDA0003496441160000037
建立方程联系，使相电流在大电感区间内下降到零，获得系统运行的第一个电周期的关断角的表达式为公式(12)
Figure BDA0003496441160000038
其中，ψmax为系统的最大磁链，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压；
B.3根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数对每个电周期的关断角进行在线优化；
B.31)结合系统设定参考转速根据公式(12)计算出系统第一个运行电周期的关断角
Figure BDA0003496441160000039
B.32)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将关断角
Figure BDA00034964411600000310
赋给
Figure BDA00034964411600000311
B.33)利用电流传感器和位置传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure BDA00034964411600000312
和位置信号
Figure BDA00034964411600000313
B.34)当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA0003496441160000041
时，判断第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA0003496441160000042
是否超前于大电感区域边界右端θref_3；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA00034964411600000413
超前于大电感区域边界右端θref_3，则在第n+1个电周期的关断角由式(10)进行计算：
Figure BDA0003496441160000043
式中，
Figure BDA0003496441160000044
Figure BDA0003496441160000045
分别为第n个电周期的关断角，第n+1个电周期的关断角，第n个电周期的转矩偏差系数，第n个周期关断位置的相电流值；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA0003496441160000046
没有超前于大电感区域边界右端θref_3，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA0003496441160000047
是否滞后于大电感区域边界左端θref_2；
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA0003496441160000048
滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(11)进行计算：
Figure BDA0003496441160000049
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600000410
没有滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(12)进行计算：
Figure BDA00034964411600000411
所述转矩滞环控制器的实现步骤包括：
C.1在同一个电周期内，根据开通角优化模块输出的开通角和关断角优化模块输出的关断角计算每个电周期的导通宽度；
C.2判断每个电周期的导通宽度是否介于一倍步距角θstep和两倍步距角之间，若导通宽度大于一倍步距角小于两倍的步距角，选择两相励磁的第一种工作模式，否则选择至少三相励磁的第二种工作模式；在第一种工作模式下，执行第一类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；在第二种工作模式下，执行第二类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θon+θstep、θref_1+2θstep、θon+θ2step、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；根据所执行的转矩滞环控制策略输出相应的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
第二方面，提供一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制方法，该方法包括以下内容：
给定系统设定参考转速ωref、获得相电感变化率突变位置θref_1、转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值imax，根据公式(5)获得系统运行的第一个电周期的开通角θon；
Figure BDA00034964411600000412
其中，Lmin为小电感区域电感值，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压；
根据公式(12)获得系统运行的第一个电周期的关断角，
Figure BDA0003496441160000051
其中，ψmax为系统的最大磁链，θref_2为大电感区域边界左端，θref_3为大电感区域边界右端；
在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA0003496441160000052
为最大相电流值imax时，若第n个电周期下k相绕组的位置超前于相电感变化率突变位置θref_1，则第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure BDA0003496441160000053
电机实时运行的转速ω和最大相电流值imax乘积的差；
若第n个电周期下k相绕组的位置没有超前于相电感变化率突变位置θref_1，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置是否滞后于相电感变化率突变位置θref_1；
若第n个电周期下k相绕组的位置滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure BDA0003496441160000054
电机实时运行的转速ω和最大相电流值imax乘积的和：
若第n个电周期下k相绕组的位置没有滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角，获得第n+1个电周期下的优化后的开通角；
当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA0003496441160000055
时，判断第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA0003496441160000056
是否超前于大电感区域边界右端θref_3；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA0003496441160000057
超前于大电感区域边界右端θref_3，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure BDA0003496441160000058
电机实时运行的转速ω和第n个周期关断位置的相电流值
Figure BDA0003496441160000059
乘积的差：
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA00034964411600000510
没有超前于大电感区域边界右端θref_3，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600000511
是否滞后于大电感区域边界左端θref_2；
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600000512
滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure BDA00034964411600000513
电机实时运行的转速ω和第n个周期关断位置的相电流值
Figure BDA00034964411600000514
乘积的和：
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600000515
没有滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角，获得第n+1个电周期下的优化后的关断角；
在同一个电周期内，根据优化后的开通角和优化后的关断角计算每个电周期的导通宽度；
判断每个电周期的导通宽度是否介于一倍步距角θstep和两倍步距角之间，若导通宽度大于一倍步距角小于两倍的步距角，选择两相励磁的第一种工作模式，否则选择至少三相励磁的第二种工作模式；在第一种工作模式下，执行第一类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分；在第二种工作模式下，执行第二类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θon+θstep、θref_1+2θstep、θon+θ2step、关断角θoff进行位置信号区间划分；根据所执行的转矩滞环控制策略输出相应的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
第三方面，提供一种多相开关磁阻电机，所述的多相开关磁阻电机相数为m相，其中m≥4，包括上述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，或者上述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统方法。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将角度位置控制与瞬时转矩控制的思想结合并运用在多相开关磁阻电机控制当中，在宽调速范围下，能够充分利用多相开关磁阻电机多相励磁的特点，最大化的利用多相开关磁阻电机系统的转矩产生能力，进一步降低多相开关磁阻电机的转矩脉动和提高系统的运行效率。本发明宽调速指的是电机从低速到高速整个调速范围，开通角优化模块、关断角优化模块和转矩滞环控制器都是在宽调速范围下进行优化的。
本发明能够在宽调速范围下实时对多相开关磁阻电机系统的开通关断角进行在线优化，此处的宽调速指的是系统的开通关断角能够在电机从低速到高速整个调速范围下进行在线优化，能够在宽调速范围下根据多相开关磁阻电机系统的不同工况选择最优的工作模式运行，弥补了传统瞬时转矩控制固定开通关断角的不足。
本发明可以直接对开通角进行在线优化且不需要增加硬件电路，减少系统硬件成本，根据优化后的开通角和关断角选择合适的工作模式代替通过转子位置信息来选择工作模式进行转矩滞环控制，能够充分利用多相开关磁阻电机多相励磁的特点，考虑到多相开关磁阻电机多相励磁换相期间的转矩特性，最大化的利用系统的转矩产生能力，进一步降低系统的转矩脉动和提高系统的运行效率。本申请对转矩、开通角、关断角同时进行控制，没有产生负转矩，进一步提高了系统的运行效率。
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为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法结构框图；
图2为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法开通角优化流程框图；
图3为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法关断角优化流程框图；
图4为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法模式选择流程框图；
图5为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法第一种运行模式转矩滞环控制示意图；
图6为一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法第二种运行模式转矩滞环控制示意图。
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本发明，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瞬时转矩控制的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统及方法，该系统包括：多相开关磁阻电机、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、关断角优化模块、开通角优化模块、PID转矩控制器、转速计算模块、转矩计算模块；
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电流值产生驱动信号控制功率变换器相应开关器件的开通和关断；所述的位置传感器与多相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，多相开关磁阻电机连接负载。
转矩计算模块根据当前时刻反馈的各相位置信号θ和当前时刻反馈的各相电流值I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各相电流和各相位置信号的二维数据表通过线性插值查表的方式获取各相瞬时转矩，当前时刻各相的瞬时转矩之和为当前时刻的总瞬时转矩Te。
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ω。
具体地，所述的转速计算模块根据转速ωref与电机实时运行的转速ω的偏差获取系统运行的总参考转矩Tref。
具体地，所述PID速度控制器将设定的参考转速ωref与电机实时运行的转速ω的偏差带入比例积分微分公式，输出为系统的总参考转矩Tref。
进一步的，所述PID转矩控制器根据PID速度控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr获取系统运行的转矩偏差系数k，转矩偏差系数k为0～1之间的一个系数。
具体地，所述PID转矩控制器将总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr带入比例积分微分公式，输出为系统的转矩偏差系数k。
进一步的，开通角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、PID速度控制器输出的总参考转矩Tref和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的开通角θon。
具体地，所述的开通角优化模块在小电感区间进行励磁控制，即在小电感区间内相绕组所加电压为直流母线电压。
进一步的，所述的关断角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、电流传感器获取的相电流值I和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的关断角θoff。
具体地，所述的关断角优化模块在每个电周期关断后进行去磁控制，即在关断之后相绕组所加电压为负的直流母线电压。
进一步的，转矩滞环控制器根据开通角优化模块输出的开通角θon、关断角优化模块输出的关断角θoff、位置传感器获取的各相位置信号和PID转速控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr，输出为系统的控制信号控制功率变换器的开关器件的导通与关断用于驱动系统正常运行。
具体地，所述开通角优化模块的实现步骤包括：
A.1根据开关磁阻电机电压平衡方程式并忽略相绕组的电阻压降和小电感区域内的电感变化率，获得小电感区间内相电流变化率的表达式；
A.2根据PID速度控制器输出的总系统参考转矩Tref通过转矩、转子位置二维数据表查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值，其中相电感变化率突变位置为系统固定的转子位置信号，用θref_1表示；系统负载转矩变化，则最大相电流值变化，系统负载转矩不变，则最大相电流值不变；
A.3根据步骤A.1获得的小电感区间内相电流变化率的表达式，将步骤A.2确定的最大相电流值imax代入该表达式中，使系统在相电感变化率突变位置θref_1达到所需的最大相电流值，获得系统运行的第一个电周期的开通角的表达式；
A.4根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化；
具体地，所述步骤(A.1)中的推导过程如下所示：
开关磁阻电机电压平衡方程式为公式(1)
Figure BDA0003496441160000081
式中，Uk，Rk，ik，ψk分别为k相绕组的母线电压，电阻，相电流，磁链；
将开关磁阻电机电压平衡方程式中的磁链变化率展开为关于转子位置角和相电流ik的二维函数，见公式(2)
Figure BDA0003496441160000082
式(2)中，θk，Lk，ωref分别为k相绕组的转子位置，电感，系统设定参考转速；
忽略相绕组的电阻压降，式(2)中的相电流变化率
Figure BDA0003496441160000083
可以用式(3)表示；忽略小电感区域内的电感变化率，式(3)中的相电流变化率可以表示为式(4),小电感区间内相电流变化率
Figure BDA0003496441160000084
用式(4)表示，Lmin为小电感区域电感值。
Figure BDA0003496441160000085
Figure BDA0003496441160000086
具体地，所述步骤(A.3)根据步骤A.1获得的小电感区间内相电流变化率的表达式，即公式(4)，将步骤A.2确定的最大相电流值imax代入该表达式中，此时使系统在电感变化率突变位置θref_1达到所需的最大相电流值imax，对公式(4)进行积分，整理后获得系统运行的第一个电周期的开通角θon的表达式，即公式(5)，通过式(5)来获取系统运行的第一个电周期的开通角：
Figure BDA0003496441160000091
具体地，所述步骤(A.4)中根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化的具体过程结合附图2进行详细说明：
A.41)将当前时刻的相电感变化率突变位置θref_1、最大相电流值imax、小电感区域电感值和系统设定参考转速ωref、k相绕组的母线电压Uk代入公式(5)获得系统第一个电周期运行的开通角，记为
Figure BDA0003496441160000092
A.42)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将开通角
Figure BDA0003496441160000093
赋给
Figure BDA0003496441160000094
A.43)利用位置传感器和电流传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure BDA0003496441160000095
和位置信号
Figure BDA0003496441160000096
按周期个数进行循环，因此循环次数变量指的是电周期个数；
A.44)获取电流传感器反馈的相电流值，当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA0003496441160000097
为最大相电流值imax时，利用位置传感器反馈的各相位置信号判断第n个电周期下k相绕组的位置是否超前于相电感变化率突变位置θref_1；最大相电流值imax根据PID速度控制器输出的系统参考转矩通过二维数据查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值，这个值由系统的负载转矩决定；
若第n个电周期下k相绕组的位置超前于相电感变化率突变位置θref_1，则第n+1个电周期的开通角由式(6)进行计算：
Figure BDA0003496441160000098
式中，
Figure BDA0003496441160000099
ω分别为第n个电周期的开通角，第n+1个电周期的开通角，第n个电周期的转矩偏差系数，电机实时运行的转速；
若第n个电周期下k相绕组的位置没有超前于相电感变化率突变位置θref_1，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置是否滞后于相电感变化率突变位置θref_1；
若第n个电周期下k相绕组的位置滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(7)进行计算：
Figure BDA00034964411600000910
若第n个电周期下k相绕组的位置没有滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(8)进行计算：
Figure BDA00034964411600000911
具体地，所述的关断角优化模块实现步骤包括：
B.1找出系统运行的大电感区域边界范围，确定每个电周期内大电感区域的两个边界值；
B.2利用开关磁阻电机电压平衡方程式(公式(1))与大电感边界范围的中点位置值
Figure BDA00034964411600000912
建立方程联系，使相电流在大电感区间内下降到零，获得系统运行的第一个电周期的关断角的表达式；
B.3根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数(0-1的系数)对每个电周期的关断角进行在线优化。
具体地，所述步骤(B.1)中系统运行的大电感区域边界左端表示为θref_2，右端表示为θref_3，这两个端点根据实际的电机参数在系统运行之前设置好，一般为磁阻最小区域的两个边界值，不产生转矩。
具体地，所述步骤(B.2)中系统运行的第一个电周期的关断角的表达式推导过程如下所示：以公式(1)为基础，忽略k相绕组的电阻和相电流，得到公式(9)
Figure BDA0003496441160000101
将t＝θ/ωref代入式(9)获得公式(10)，再对公式(10)在大电感边界范围的中点位置值和关断角范围内进行积分求解，使相电流在大电感区间内下降到零，即大电感边界范围的中点位置值对应的电流为0，整理后获得公式(12)所示的第一个电周期的关断角的表达式；
Figure BDA0003496441160000102
Figure BDA0003496441160000103
Figure BDA0003496441160000104
ψmax为系统的最大磁链，通过查询磁链有限元二维数据表获取。
具体地，所述步骤(B.3)中根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数对每个电周期的关断角进行在线优化的步骤结合附图3进行详细说明：
B.31)结合系统设定参考转速根据公式(12)计算出系统第一个运行电周期的关断角
Figure BDA0003496441160000105
B.32)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将关断角
Figure BDA0003496441160000106
赋给
Figure BDA0003496441160000107
B.33)利用电流传感器和位置传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure BDA0003496441160000108
和位置信号
Figure BDA0003496441160000109
B.34)当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure BDA00034964411600001010
时，判断第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA00034964411600001011
是否超前于大电感区域边界右端θref_3；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA00034964411600001012
超前于大电感区域边界右端θref_3，则在第n+1个电周期的关断角由式(10)进行计算：
Figure BDA00034964411600001013
式中，
Figure BDA00034964411600001014
Figure BDA00034964411600001015
分别为第n个电周期的关断角，第n+1个电周期的关断角，第n个电周期的转矩偏差系数，第n个周期关断位置的相电流值，由电流传感器实时采集获得。公式(10)中关断角的优化与电机实时运行的转速有关，能在从低速到高速的宽调速范围下进行在线优化。
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure BDA00034964411600001016
没有超前于大电感区域边界右端θref_3，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600001017
是否滞后于大电感区域边界左端θref_2；
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA00034964411600001018
滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(11)进行计算：
Figure BDA0003496441160000111
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure BDA0003496441160000112
没有滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(12)进行计算：
Figure BDA0003496441160000113
具体地，所述转矩滞环控制器的实现步骤包括：
C.1在同一个电周期内，根据开通角优化模块输出的开通角和关断角优化模块输出的关断角计算每个电周期的导通宽度；
C.2判断每个电周期的导通宽度是否介于一倍步距角θstep和两倍步距角之间，若导通宽度大于一倍步距角小于两倍的步距角，选择两相励磁的第一种工作模式，否则选择至少三相励磁的第二种工作模式；在第一种工作模式下，执行第一类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；在第二种工作模式下，执行第二类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θon+θstep、θref_1+2θstep、θon+θ2step、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；根据所执行的转矩滞环控制策略输出相应的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
具体地，所述的步骤C.1～C.2结合附图4进行详细说明：
C.1根据开通角优化模块输出的开通角得到第一个电周期的开通角
Figure BDA0003496441160000114
根据关断角优化模块输出的关断角得到第一个电周期的关断角
Figure BDA0003496441160000115
系统运行电周期循环次数变量为n,将开通角
Figure BDA0003496441160000116
赋给
Figure BDA0003496441160000117
将关断角
Figure BDA0003496441160000118
赋给
Figure BDA0003496441160000119
利用式(13)计算第n个电周期的导通宽度
Figure BDA00034964411600001110
Figure BDA00034964411600001111
C.2判断每个电周期的导通宽度
Figure BDA00034964411600001112
是否介于一倍步距角和两倍步距角之间，即是否满足式(14)
Figure BDA00034964411600001113
式中，θstep为电机的步距角。
若判定结果为真，则系统选择第一种工作模式且执行第一类转矩滞环控制策略；否则系统选择第二种工作模式且执行第二类转矩滞环控制策略。第一类转矩滞环控制策略为两相同时励磁时的换相控制策略，第二类转矩滞环控制策略为三相及三相以上同时励磁时的换相控制策略。不同模式的划分，充分考虑转矩产生特性，能最大程度地抑制转矩脉动。
所述的第一类转矩滞环控制策略结合附图5进行详细说明，按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分：包括六种开关模式，即
Figure BDA0003496441160000121
图5中，S为开关状态，1代表绕组两端所加电压为直流母线电压，S为1时对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；0代表绕组两端所加电压为零电压，S＝0时对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；-1代表绕组两端所加电压为负的直流母线电压，S为-1时对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；ΔT为瞬时转矩偏差值，即为PID速度控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr。
设定小滞环阈值ΔTmin和负的小滞环阈值ΔTmin、大滞环阈值ΔTmax和负的大滞环阈值ΔTmax小滞环阈值和大滞环阈值根据系统的负载转矩大小提前设定好的。
开关模式1：当k相转子位置θk在开通角θon和相电感变化率突变位置θref_1区间内，执行开关模式1，此时k相绕组两端所加电压始终为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通。图中虚线表示偏差ΔT从大到小变化，实线表示偏差ΔT从小到大。
开关模式2：当k相转子位置θk在相电感变化率突变位置θref_1和θoff-θstep区间内，执行开关模式2，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增即按实线箭头所指方向运行时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减即按虚线箭头所指方向运行时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断。
开关模式3：当k相转子位置θk在θoff-θstep和θon+θstep区间内，执行开关模式3，当ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于负的大滞环阈值ΔTmax且小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式4：当k相转子位置θk在θon+θstep和θref_1+θstep区间内，执行开关模式4，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式5：当k相转子位置θk在θref_1+θstep和关断角θoff区间内，执行开关模式5，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式6：当k相转子位置θk大于关断角θoff时，执行开关模式6，此时k相绕组两端所加电压始终为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
多相开关磁阻电机的每相位置确定后，其他相的位置也就确定了，相邻两相处于不同位置开关执行不同开关模式，两相同时励磁。
所述的第二类转矩滞环控制策略包括六种开关模式，即：
Figure BDA0003496441160000141
结合附图6进行详细说明：
开关模式1：当k相转子位置θk在开通角θon和相电感变化率突变位置θref_1区间内，执行开关模式1，k相绕组两端所加电压始终为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通。
开关模式2：当k相转子位置θk在相电感变化率突变位置θref_1和θon+θstep区间内，执行开关模式2，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若转矩偏差值ΔT小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断。
开关模式3：当k相转子位置θk在θon+θstep和θref_1+θstep区间内，执行开关模式3，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式4：当k相转子位置θk在θref_1+θstep和θon+2θstep区间内，执行开关模式4，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式5：当k相转子位置θk在θon+2θstep和关断角θoff区间内，执行开关模式5，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
开关模式6：当k相转子位置θk大于关断角θoff时，执行开关模式6，此时k相绕组两端所加电压始终为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断。
多相开关磁阻电机的每相位置确定后，其他相的位置也就确定了，相邻至少三相处于不同位置开关执行不同开关模式，实现至少三相同时励磁。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种多相开关磁阻电机。
一种多相开关磁阻电机，包括上述的一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，且执行上述的一种基于瞬时转矩控制的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制方法。
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 (10)

1.一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，包括多相开关磁阻电机、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、PID转矩控制器、转速计算模块、转矩计算模块；其特征在于，该系统还包括关断角优化模块、开通角优化模块，
所述开通角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、PID速度控制器输出的总参考转矩Tref和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的开通角θon；
所述关断角优化模块根据转速计算模块输出的电机实时运行的转速ω、电流传感器获取的相电流值I和PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k，输出为系统优化后的关断角θoff；
所述的转矩滞环控制器根据开通角优化模块输出的开通角θon、关断角优化模块输出的关断角θoff、位置传感器获取的各相位置信号和PID转速控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr，输出为系统的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断用于驱动系统正常运行。
2.根据权利要求1所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，所述转矩计算模块根据当前时刻反馈的各相位置信号θ和当前时刻反馈的各相电流值I得到当前时刻各相的瞬时相转矩值；所述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ω；所述PID速度控制器根据系统所设定的参考转速ωref与电机实时运行的转速ω的偏差获取系统运行的总参考转矩Tref；所述PID转矩控制器根据PID速度控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr获取系统运行的转矩偏差系数k；位置传感器和电流传感器用于获取多相开关磁阻电机实时运行的各相位置信号和相电流值；
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；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；所述的PID速度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；所述PID转矩控制器将总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr带入比例积分微分公式，输出为系统的转矩偏差系数k；所述开通角优化模块在小电感区间进行励磁控制，即在小电感区间内相绕组所加电压为直流母线电压；所述关断角优化模块在每个电周期关断后进行去磁控制，即在关断之后相绕组所加电压为负的直流母线电压。
3.根据权利要求1所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，所述开通角优化模块具体实施步骤包括：
A.1根据开关磁阻电机电压平衡方程式并忽略相绕组的电阻压降和小电感区域内的电感变化率，获得小电感区间内相电流变化率的表达式；
A.2根据PID速度控制器输出的总系统参考转矩Tref通过转矩、转子位置二维数据表查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值imax，其中相电感变化率突变位置为系统固定的转子位置信号，用θref_1表示；
A.3根据步骤A.1获得的小电感区间内相电流变化率的表达式，将步骤A.2确定的最大相电流值imax代入该表达式中，使系统在相电感变化率突变位置θref_1达到所需的最大相电流值，获得系统运行的第一个电周期的开通角的表达式；
A.4根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化。
4.根据权利要求3所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，所述步骤(A.4)中根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数k对每个电周期的开通角进行在线优化的具体过程是：
A.41)将当前时刻的相电感变化率突变位置θref_1、最大相电流值imax、小电感区域电感值和系统设定参考转速ωref、k相绕组的母线电压Uk代入第一个电周期的开通角的表达式中获得系统第一个电周期运行的开通角，记为
Figure FDA0003496441150000021
A.42)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将开通角
Figure FDA0003496441150000022
赋给
Figure FDA0003496441150000023
A.43)利用位置传感器和电流传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure FDA0003496441150000024
和位置信号
Figure FDA0003496441150000025
按周期个数进行循环；
A.44)获取电流传感器反馈的相电流值，当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure FDA0003496441150000026
为最大相电流值imax时，利用位置传感器反馈的各相位置信号判断第n个电周期下k相绕组的位置是否超前于相电感变化率突变位置θref_1；最大相电流值imax根据PID速度控制器输出的系统参考转矩通过二维数据查表得到转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值；
若第n个电周期下k相绕组的位置超前于相电感变化率突变位置θref_1，则第n+1个电周期的开通角由式(6)进行计算：
Figure FDA0003496441150000027
式中，
Figure FDA0003496441150000028
ω分别为第n个电周期的开通角，第n+1个电周期的开通角，第n个电周期的转矩偏差系数，电机实时运行的转速；
若第n个电周期下k相绕组的位置没有超前于相电感变化率突变位置θref_1，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置是否滞后于相电感变化率突变位置θref_1；
若第n个电周期下k相绕组的位置滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(7)进行计算：
Figure FDA0003496441150000029
若第n个电周期下k相绕组的位置没有滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角由式(8)进行计算：
Figure FDA00034964411500000210
5.根据权利要求3所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，系统运行的第一个电周期的开通角θon的表达式为公式(5)：
Figure FDA00034964411500000211
其中，Lmin为小电感区域电感值，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压。
6.根据权利要求1所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，所述关断角优化模块的实现步骤包括：
B.1找出系统运行的大电感区域边界范围，确定每个电周期内大电感区域的两个边界值，大电感区域边界左端表示为θref_2，右端表示为θref_3；
B.2利用开关磁阻电机电压平衡方程式与大电感边界范围的中点位置值
Figure FDA0003496441150000031
建立方程联系，使相电流在大电感区间内下降到零，获得系统运行的第一个电周期的关断角的表达式为公式(12)
Figure FDA0003496441150000032
其中，ψmax为系统的最大磁链，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压；
B.3根据PID转矩控制器输出的转矩偏差系数对每个电周期的关断角进行在线优化；
B.31)结合系统设定参考转速根据公式(12)计算出系统第一个运行电周期的关断角
Figure FDA0003496441150000033
B.32)设定系统运行电周期循环次数变量n，n从1开始取值，将关断角
Figure FDA0003496441150000034
赋给
Figure FDA0003496441150000035
B.33)利用电流传感器和位置传感器获取在第n个电周期下k相绕组的相电流值
Figure FDA0003496441150000036
和位置信号
Figure FDA0003496441150000037
B.34)当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure FDA0003496441150000038
时，判断第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA0003496441150000039
是否超前于大电感区域边界右端θref_3；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA00034964411500000310
超前于大电感区域边界右端θref_3，则在第n+1个电周期的关断角由式(10)进行计算：
Figure FDA00034964411500000311
式中，
Figure FDA00034964411500000312
分别为第n个电周期的关断角，第n+1个电周期的关断角，第n个电周期的转矩偏差系数，第n个周期关断位置的相电流值；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA00034964411500000313
没有超前于大电感区域边界右端θref_3，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA00034964411500000314
是否滞后于大电感区域边界左端θref_2；
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA00034964411500000315
滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(11)进行计算：
Figure FDA00034964411500000316
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA00034964411500000317
没有滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角由式(12)进行计算：
Figure FDA00034964411500000318
7.根据权利要求1所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，所述转矩滞环控制器的实现步骤包括：
C.1在同一个电周期内，根据开通角优化模块输出的开通角和关断角优化模块输出的关断角计算每个电周期的导通宽度；
C.2判断每个电周期的导通宽度是否介于一倍步距角θstep和两倍步距角之间，若导通宽度大于一倍步距角小于两倍的步距角，选择两相励磁的第一种工作模式，否则选择至少三相励磁的第二种工作模式；在第一种工作模式下，执行第一类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；在第二种工作模式下，执行第二类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θon+θstep、θref_1+2θstep、θon+θ2step、关断角θoff进行位置信号区间划分，不同区间内执行不同的开关模式；根据所执行的转矩滞环控制策略输出相应的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
8.根据权利要求7所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，其特征在于，第一类转矩滞环控制策略包括六种开关模式：
设定小滞环阈值ΔTmin和负的小滞环阈值ΔTmin、大滞环阈值ΔTmax和负的大滞环阈值ΔTmax；
开关模式1：当k相转子位置θk在开通角θon和相电感变化率突变位置θref_1区间内，执行开关模式1，此时k相绕组两端所加电压始终为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；
开关模式2：当k相转子位置θk在相电感变化率突变位置θref_1和θoff-θstep区间内，执行开关模式2，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；
开关模式3：当k相转子位置θk在θoff-θstep和θon+θstep区间内，执行开关模式3，当ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于负的大滞环阈值ΔTmax且小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式4：当k相转子位置θk在θon+θstep和θref_1+θstep区间内，执行开关模式4，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式5：当k相转子位置θk在θref_1+θstep和关断角θoff区间内，执行开关模式5，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若转矩偏差值ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式6：当k相转子位置θk大于关断角θoff时，执行开关模式6，此时k相绕组两端所加电压始终为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
所述第二类转矩滞环控制策略也包括六种开关模式：
开关模式1：当k相转子位置θk在开通角θon和相电感变化率突变位置θref_1区间内，执行开关模式1，k相绕组两端所加电压始终为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；
开关模式2：当k相转子位置θk在相电感变化率突变位置θref_1和θon+θstep区间内，执行开关模式2，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若转矩偏差值ΔT小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；
开关模式3：当k相转子位置θk在θon+θstep和θref_1+θstep区间内，执行开关模式3，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的小滞环阈值ΔTmin，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式4：当k相转子位置θk在θref_1+θstep和θon+2θstep区间内，执行开关模式4，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT大于0且小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于0，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于0，对应的开关状态S为1，k相绕组两端所加电压为直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时导通；若ΔT小于0且大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式5：当k相转子位置θk在θon+2θstep和关断角θoff区间内，执行开关模式5，当瞬时转矩偏差值ΔT单调递增时，若ΔT大于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
当瞬时转矩偏差值ΔT单调递减时，此时，若ΔT大于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为0，k相绕组两端所加电压为零电压，对应功率变换器中两个功率开关器件一个导通另一个关断；若ΔT小于负的大滞环阈值ΔTmax，对应的开关状态S为-1，k相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
开关模式6：当k相转子位置θk大于关断角θoff时，执行开关模式6，此时k相绕组两端所加电压始终为负的直流母线电压，对应功率变换器中两个功率开关器件同时关断；
其中，ΔT为瞬时转矩偏差值，即为PID速度控制器输出的总参考转矩Tref与转矩计算模块输出的总瞬时转矩Te的偏差Terr。
9.一种针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于，该方法包括以下内容：
给定系统设定参考转速ωref、获得相电感变化率突变位置θref_1、转子运行到相电感变化率突变位置所需的最大相电流值imax，根据公式(5)获得系统运行的第一个电周期的开通角θon；
Figure FDA0003496441150000071
其中，Lmin为小电感区域电感值，ωref为系统设定参考转速，Uk为k相绕组的母线电压；
根据公式(12)获得系统运行的第一个电周期的关断角，
Figure FDA0003496441150000072
其中，ψmax为系统的最大磁链，θref_2为大电感区域边界左端，θref_3为大电感区域边界右端；
在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure FDA0003496441150000073
为最大相电流值imax时，若第n个电周期下k相绕组的位置超前于相电感变化率突变位置θref_1，则第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure FDA0003496441150000074
电机实时运行的转速ω和最大相电流值imax乘积的差；
若第n个电周期下k相绕组的位置没有超前于相电感变化率突变位置θref_1，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置是否滞后于相电感变化率突变位置θref_1；
若第n个电周期下k相绕组的位置滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure FDA0003496441150000075
电机实时运行的转速ω和最大相电流值imax乘积的和：
若第n个电周期下k相绕组的位置没有滞后于相电感变化率突变位置θref_1，则在第n+1个电周期的开通角为第n个电周期开通角，获得第n+1个电周期下的优化后的开通角；
当在第n个电周期下k相绕组的电流值
Figure FDA0003496441150000076
时，判断第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA0003496441150000077
是否超前于大电感区域边界右端θref_3；
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA0003496441150000078
超前于大电感区域边界右端θref_3，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure FDA0003496441150000079
电机实时运行的转速ω和第n个周期关断位置的相电流值
Figure FDA00034964411500000710
乘积的差：
若第n个电周期下k相绕组的位置信号
Figure FDA00034964411500000711
没有超前于大电感区域边界右端θref_3，则需要再判断第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA00034964411500000712
是否滞后于大电感区域边界左端θref_2；
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA00034964411500000713
滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角与第n个电周期的转矩偏差系数
Figure FDA00034964411500000714
电机实时运行的转速ω和第n个周期关断位置的相电流值
Figure FDA0003496441150000081
乘积的和：
若第n个电周期下k相绕组的位置
Figure FDA0003496441150000082
没有滞后于大电感区域边界左端θref_2，则在第n+1个电周期的关断角为第n个电周期关断角，获得第n+1个电周期下的优化后的关断角；
在同一个电周期内，根据优化后的开通角和优化后的关断角计算每个电周期的导通宽度；
判断每个电周期的导通宽度是否介于一倍步距角θstep和两倍步距角之间，若导通宽度大于一倍步距角小于两倍的步距角，选择两相励磁的第一种工作模式，否则选择至少三相励磁的第二种工作模式；在第一种工作模式下，执行第一类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θoff-θstep、θon+θstep、θref_1+θstep、关断角θoff进行位置信号区间划分；在第二种工作模式下，执行第二类转矩滞环控制策略，即按照开通角θon、相电感变化率突变位置θref_1、θon+θstep、θref_1+2θstep、θon+θ2step、关断角θoff进行位置信号区间划分；根据所执行的转矩滞环控制策略输出相应的控制信号控制功率变换器开关器件的导通与关断。
10.一种多相开关磁阻电机，其特征在于，所述的多相开关磁阻电机相数为m相，其中m≥4，包括权利要求1-8任一所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统，或者执行权利要求9所述的针对多相开关磁阻电机的转矩脉动抑制系统方法。
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