CN115051620B - 一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法，所述系统包括：位置检测模块、电流检测模块、速度估算模块、PID速度控制模块、转矩观测模块、转矩角度控制模块、逻辑开关、电源模块、功率变换电路和开关磁阻电机。通过将实时的开关磁阻电机转子位置信号和电流信号输入各模块，输出开关磁阻电机的转矩误差和换相时的电流误差，将两误差送入转矩角度控制模块，实时调整开关磁阻电机的开通角和关断角。通过开通角的调整，减少了开关磁阻电机运行过程中的转矩脉动，保证了开关磁阻电机运行的平稳性；同时通过关断角的调整，减少了开关磁阻电机运行过程中换相时的负转矩，提高了开关磁阻电机的运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及电机转矩控制领域，特别是涉及一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法。
背景技术
与传统其他各电机相比，开关磁阻电机具有结构简单、控制方便、高效可靠等优点，因此具有很大的应用潜力。但由于开关磁阻电机的双凸极结构以及磁路的严重非线性，导致开关磁阻电机具有很大的转矩脉动，这一缺陷会导致电机运行过程中产生严重的噪声和振动问题，并且可能会破坏传动系统。由于这个原因，多年来开关磁阻电机的应用领域一直受到限制。
传统的电机控制方法大多是控制电流的大小，但在转矩脉动的抑制上效果并不好。目前，抑制开关磁阻电机转矩脉动的控制方法有直接转矩控制、间接转矩控制和智能控制等。
直接转矩控制算法通过设定转矩滞环来控制转矩，相比用传统方法控制电流来达到控制转矩的目的，直接转矩控制算法具有较好的抑制转矩脉动的能力。
间接转矩控制使用转矩分配函数来分配换相时前一相和后一相的转矩，能够很好的抑制换相时的转矩脉动。
智能控制使用神经网络等算法进行电机控制，其能够较好的拟合非线性的输入和输出值，同时具有较好的实时性。
专利CN109194239A提供了一种开关磁阻电机的调速系统及方法，此专利使用了传统的电流斩波控制算法，并将电流斩波控制电路与处理器相结合，从而可以使用低性能的数字信号处理器来实现开关磁阻电机的控制，从而达到降低控制成本这一目的。但是使用电流斩波控制算法，虽然能够实现平稳的电流控制，但是增加了开关的损耗，同时有较大的转矩脉动。
专利CN111654218A提供了一种改进模糊控制的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统，此专利将模糊PID控制同转矩分配函数相结合，通过改进的模糊控制算法计算出期望转矩，将期望转矩输入转矩分配函数模块，一方面提高了电机的转速响应速度，另一方面降低了换相期间的转矩脉动。但是转矩分配函数的种类多，较难选择，且只能针对特定的电机模型，通用性较差。
专利CN108599667A提供了一种开关磁阻电机的智能算法控制系统，此专利使用模糊PI控制算法调节开关磁阻电机的转速，并使用神经网络自适应鲁棒滑模控制算法调节电流，这种控制方法具有较强的自适应能力和抑制电流尖峰的能力，能够很好的抑制转矩脉动。但是这种控制方法第一是计算复杂，并且需要高性能硬件来支持，从而增加了开关磁阻电机的控制成本；第二是神经网络需要离线训练，训练的样本难以获取，同时训练后的神经网络也会存在一定误差；第三是滑模控制算法虽然具有鲁棒性，但是误差值无法完全消除，电流值会在期望的电流值上下浮动，使得电机产生一些抖动。
综上所述，现有的开关磁阻电机控制算法主要存在以下四个问题：第一，开关磁阻电机选用传统的简单控制算法能够较好的控制电流例如使用电流斩波控制，但增加了开关的损耗，同时仍然存在较大范围的转矩脉动；第二，选用间接转矩控制算法时，虽然能够很好的抑制转矩脉动，但是转矩分配函数种类多，无法进行精准的匹配选择，并且这种控制算法只能针对特定的电机模型，通用性较弱；第三，选用智能控制算法能够很好的抑制转矩脉动，但是需要高性能的硬件来支持，增加了控制成本；第四，在上述专利中，都忽略了开通角和关断角的影响，开通角和关断角的提前延后都会影响运行过程中转矩的大小和电机的运行效率。
综上所述可以看出，如何避免上述缺点对开关磁阻电机运行时的影响是目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法，通过改变开通角和关断角来运行直接瞬时转矩控制算法，解决了上述缺点对开关磁阻电机运行的影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种开关磁阻电机转矩控制系统，包括：信息采集模组，所述信息采集模组包括：
位置检测模块，安装在开关磁阻电机内部的转子上，用于实时采集所述开关磁阻电机运行过程的当前角度位置；
电流检测模块，安装在所述开关磁阻电机的电路中，用于实时采集所述开关磁阻电机运行过程中的当前电流值；
计算模组，所述计算模组包括：
转矩观测模块，用于根据采集的所述当前角度位置和所述当前电流值，计算所述开关磁阻电机当前转矩值；
速度估算模块，用于根据采集的所述当前角度位置计算所述开关磁阻电机的当前转速值；
控制模组，所述控制模组包括：
PID速度控制模块，用于根据所述当前转速值与预设转速值之间的误差，计算所述开关磁阻电机的期望转矩值；
转矩角度控制模块，用于根据所述期望转矩和所述当前转矩值的差值，计算开通角的补偿角，基于所述开通角的补偿角计算得到新的开通角；根据期望电流值与所述当前电流值的差值，计算关断角的补偿角，基于所述关断角的补偿角计算得到新的关断角；
逻辑开关模块，用于根据所述新的开通角和所述新的关断角，输出调节开关通断信号。
优选地，所述转矩角度控制模块包括：
开通角补偿单元，用于根据所述期望转矩和所述实际转矩值的差值，计算所述开通角的补偿角；
开通角计算单元，用于根据所述开通角的补偿角与之前记录的开通角，计算所述新的开通角；
开通角记录单元，用于实时记录所述新的开通角。
优选地，所述转矩角度控制模块还包括：
关断角补偿单元，用于根据所述期望电流值和所述当前电流的差值，计算所述关断角的补偿角；
关断角计算单元，关断角计算单元，用于根据所述关断角的补偿角与之前记录的关断角，计算所述新的关断角；
关断角记录单元，用于实时记录所述新的关断角。
优选地，还包括：
功率变换器，用于根据所述调节开关通断信号，控制所述开关兹阻电极的运转和换相。
本发明还提供了一种开关磁阻电机转矩控制方法，包括：
根据实时采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，计算所述开关磁阻电机的当前转矩值；
根据实时采集的所述当前角度位置，计算所述开关磁阻电机的当前转速值；
通过所述当前转速值与预设转速值的转速差，计算得到所述开关磁阻电机的期望转矩值；
通过所述期望转矩值与所述当前转矩值的差值，计算得到开通角的补偿角，通过期望电流值与所述当前电流值的差值，计算得到关断角的补偿角；
根据所述开通角的补偿角和所述关断角的补偿角，将当前的开通角和关断角进行调节得到新的开通角和新的关断角；
根据所述新的开通角和新的关断角，控制所述开关磁阻电机的开动和关断的时间。
优选地，所述根据实时采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，计算所述开关磁阻电机的当前转矩值包括：
利用电流传感器实时采集所述开关磁阻电机的当前电流值I；
利用位置传感器实时采集所述开关磁阻电机的当前角度位置θ；
根据所述开关磁阻电机的当前电流值I和所述开关磁阻电机的当前角度位置θ，通过查表法计算得到当前的转矩Te。
优选地，所述根据实时采集的所述当前位置，计算所述开关磁阻电机的当前转速值包括：
利用公式w＝dΔθ/dt计算所述开关磁阻电机当前转速值w；
其中，Δθ为开关磁阻电机转子位置的变化量，t为开关磁阻电机转子的变化时间。
优选地，所述通过所述当前转速值与预设转速值的转速差，计算得到所述开关磁阻电机的期望转矩值包括：
根据所述当前转速值w和预设转速值wref，计算得到转速误差Δw,其计算公式为：Δw＝wref-w；
根据所述转速误差Δw，计算所述开关磁阻电机的期望转矩值Tref，其公式为：
其中，Kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数。
优选地，所述通过所述期望转矩值与所述当前转矩值的差值，计算得到开通角的补偿角，通过期望电流值与所述当前电流值的差值，计算得到关断角的补偿角包括：
根据所述期望转矩值Tref与所述当前转矩值Te，计算转矩误差ΔT＝Tref-Te；
根据所述转矩误差ΔT与通过实验得到的常数K，计算得到所述开通角的补偿角Δθon＝K·ΔT；
根据所述期望电流值Iref与所述当前电路值In，计算得到电流误差ΔI；
根据所述电流误差ΔI与通过实验得到的常数K1，计算得到所述关断角的补偿角Δθoff＝K1·ΔI；
其中，K为常数，通过实验测试得到，K1为常数，通过实验测试得到，设定转速Wref不变，改变开关磁阻电机的开通角θon，根据结果可求解出K和K1的值。
优选地，所述根据所述开通角的补偿角和所述关断角的补偿角，将当前的开通角和关断角进行调节得到新的开通角和新的关断角包括：
采集所述当前的开通角和所述当前的关断角；
根据所述开通角的不成角和所述当前的开通角，计算得到所述新的开通角θon(t)＝Δθon+θon(t-1)；
根据所述关断角的补偿角和所述当前的关断角，计算得到所述新的关断角θoff(t)＝Δθoff+θoff(t-1)；
其中，θon(t-1)为当前的开通角，θoff(t-1)为当前关断角。
本发明所提供的一种开关磁阻电机转矩控制系统，利用采集模组实时采集电机运行的角度位置和电流值，然后通过计算模组计算出电机实时的转矩和实时转速；根据控制模组中转矩角度控制模块，实时调整开通角，进一步补偿了瞬时转矩的误差；实时调整关断角，减少了换相过程中产生的负转矩值，显著提高了开关磁阻电机的运转效率；最后根据新的开通角和关断角调整电机的通断时间。本发明实现了对开通角和关断角的精准控制，避免了提前和延后造成运行过程中电流过大的情况，有效的抑制了开关磁阻电机运转过程中产生的转矩脉动，减少了运转过程中产生的噪声和振动，保障了运转的平稳性。相对于传统的控制电流算法，直接瞬时转矩控制算法减少了开关损耗和转矩脉动；相对于转矩分配等控制算法，直接瞬时转矩控制算法不需要根据电机的特性选择不同的转矩分配函数来进行控制，通用性较强，适用于大多数的开关磁阻电机；相对于智能控制算法，直接瞬时转矩控制算法简单且鲁棒性强，不需要高性能的硬件来支持神经网络计算和样本的训练。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的开关磁阻电机转矩控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例的转矩角度控制模块示意图；
图3为本发明所提供的开关磁阻电机转矩控制方法的第一种具体实施例的流程图；
图4为本发明实施例的开通角控制流程图；
图5为本发明实施例的关断角控制流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法，通过调节开通角和关断角，控制开关磁阻电机的导通时间和关断时间，提高了电极的运行时间。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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做出创造性劳动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。
请参考图1，为本发明实施例的开关磁阻电机转矩控制系统结构示意图；具体结构如下：
信息采集模块：信息采集模块主要有两部分，分别为位置检测模块10和电流检测模块20，位置检测模块10通过使用位置传感器来获取转子实时的位置信息，得到当前角度位置，电流检测模块20通过在电路中安装采样电阻来获取实时的电流信息，得到当前电流值。
所述的位置检测模块10选用编码器或霍尔传感器安装在电机内部的转子上；电流检测模块20通过电流传感器来获取电流值，一般使用采样电阻安装在功率变换器的电路中。
转矩观测模块30，通过采集转子位置信息和电流信息，根据查表法求得当前转矩大小。
转矩观测模块30读取电流检测模块20所测电流信息和位置检测模块10所测转子位置信息，通过解析法或查表法求解出当前开关磁阻电机的转矩大小。
速度估算模块40，通过采集的转子位置信息，计算得到开关磁阻电机实时的转速值。
速度估算模块40根据位置检测模块10实时读取转子位置信息，通过进行积分运算求解出当前开关磁阻电机的转速值。
PID速度控制模块50，开关磁阻电机的调速模块，通过PID速度控制模块处理转速的误差信号，来达到调速的目的，此处的转速误差信号为设定转速和当前转速的差值，输出开关磁阻电机的期望转矩。
转矩角度控制模块60，作为开关磁阻电机的转矩调节模块，通过改变开通角和关断角的大小来调节转矩，通过改变开通角的大小来减小转矩误差，以减小转矩脉动；通过改变关断角的大小来控制换相时的电流，以提高电机运转效率。
转矩角度控制模块60中分为两个模块，一个是开通角的调节模块，另一个是关断角的调节模块。请参考图2，开通角的调节模块包括开通角补偿单元61、开通角记录单元62和开通角计算单元63，根据期望转矩和当前转矩之间的误差送入开通角的调节模块，从而进行开通角的调节。
关断角的调节模块包括：关断角补偿单元64、关断角记录单元65和关断角计算单元66；电流传感器检测通电定子换相时的电流，将此电流值和预期的最大电流值之间形成的误差送入关断角的调节模块，从而进行关断角的调节。
逻辑开关模块70，控制开关磁阻电机各相电路开关的通断顺序和导通时长，此处开通角和关断角大小的变化改变导通和关断的时刻。转矩角度控制模块将变化后的开通角和关断角输入给逻辑开关模块70，逻辑开关模块按照更新后的开通角和关断角大小改变开关通断的时刻，逻辑开关70根据导通角顺序和导通时长控制功率变换电路。
功率变换器80是和开关磁阻电机相连的不对称半桥电路，这个电路和开关磁阻电机的定子相连，当逻辑开关模块70控制某一相开关导通，则功率变换器80中对应相的半桥电路导通使得开关磁阻电机定子通电，电机运转。
电源模块90，给开关磁阻电机提供电能的装置。
开关磁阻电机的本体100。
基于上述实施例，本实施例对开关磁阻电机转矩控制系统的控制方法进行了详细的说明。请参考图3，图3为本发明所提供的开关磁阻电机转矩控制方法的第一种具体实施例的流程图；具体操作步骤如下：
步骤S301：根据实时采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，计算所述开关磁阻电机的当前转矩值；
启动电机，通过位置传感器和电流传感器检测开关磁阻电机的当前角度位置θ和当前电流值I。
使用电磁有限元软件，将开关磁阻电机的各参数输入进去，获取一个I-θ-T(电流-角度位置-转矩)的数据表。根据采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，通过查I-θ-T(电流-角度位置-转矩)的数据表，得到开关磁阻电机的当前转矩值。
步骤S302：根据实时采集的所述当前角度位置，计算所述开关磁阻电机的当前转速值；
电机的转速是由位置检测模块10和速度估算模块40共同运作获取的。位置检测模块10选用编码器作为位置传感器来实时的获取电机的位置θ。然后经过以下公式获取电机的当前转速值：
w＝dΔθ/dt
其中，Δθ为转子位置的变化量，t为电机转子的变化时间。
步骤S303：通过所述当前转速值与预设转速值的转速差，计算得到所述开关磁阻电机的期望转矩值；
根据所述当前转速值w和预设转速值wref，计算得到转速误差Δw,其计算公式为：Δw＝wref-w；
根据所述转速误差Δw，计算所述开关磁阻电机的期望转矩值Tref，其公式为：
其中，Kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数。
步骤S304：通过所述期望转矩值与所述当前转矩值的差值，计算得到开通角的补偿角；
步骤S305：通过期望电流值与所述当前电流值的差值，计算得到关断角的补偿角；
步骤S306：根据所述开通角的补偿角和所述关断角的补偿角，将当前的开通角和关断角进行调节得到新的开通角和新的关断角；
将PID速度控制模块50输出的期望转矩Tref同转矩观测模块30输出的当前实时转矩Te比较形成转矩误差ΔT：
ΔT＝Tref-Te
将转矩误差送入转矩角度控制模块60中的开通角模块。
转矩角度控制模块60中有两个模块，将转矩误差ΔT送入开通角补偿单元61中，求解出开通角的补偿角度Δθon。
Δθon＝K·ΔT
其中K是个很小的常数，需进行实验测试。设定转速Wref不变，改变开关磁阻电机的开通角θon，然后根据结果可求解出K的值。
如果期望转矩Tref大于所测转矩Te，则真实所测转矩偏小，经开通角补偿单元61后，输出的开通补偿角Δθon为负值，即增大了每个通断周期的通断时长，以增大输出转矩。
在开通角模块中还有一开通角记录单元62，用来记录补偿后的开通角θon(t-1)以便下一电周期时在此开通角基础上进行误差补偿。此处电周期的含义为：电源往某一相定子通电的时长。当开关磁阻电机运转时，定子和转子两凸极完全重叠，则需要电源往下一相定子通电，此时进入下一电周期。
利用开通角计算单元63计算补偿后新的开通角θon(t)为：
θon(t)＝Δθon+θon(t-1)。
电流传感器检测转子位置θn处的电流In，将In同期望的电流Iref进行比较。将θn处的电流误差ΔI送入关断角补偿单元64。θn为转子旋转时，从与定子的凸极位置重叠开始转向凸极位置不重叠时的位置。由于开关磁阻电机的电感在两凸极完全不重叠处最小，在完全重叠处最大，而电感在从重叠处向不重叠处开始旋转时，电感是逐渐下降的，此时由电流转化而成的转矩是负值，为了防止产生过大的负转矩降低电机的运行效率，所以需要调节关断角以提高电机的运行效率。这里将Iref设置一个较小的值即可如0.1A等，如果设置为0A，可能会将关断角设置过早，极大的降低了电机的运行效率。
经关断角补偿单元64后，输出关断补偿角Δθoff来对当前关断角记录单元记录的θoff(t-1)进行补偿，如下：
Δθoff＝K1·ΔI
θoff(t)＝Δθoff+θoff(t-1)
其中K1的大小和开通角处的K类似，需进行测试获取，测试方法类似。
步骤S307：根据所述新的开通角和新的关断角，控制所述开关磁阻电机的开动和关断的时间。
将新获得的θon(t)和θoff(t)送入逻辑开关模块，来调节开关的通断时长。
逻辑开关控制功率变换器的开关，电源模块给功率变换器通电，开关磁阻电机继续运转，在开通角和关断角调节后，运转更加平稳。
与现有技术相比，本发明的一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法的有益效果如下：
(1)本发明通过采用转矩观测器求解当前转矩，获取开关磁阻电机运行过程中的转矩信息，保障了后续模块对当前转矩的调整。
(2)本发明通过采用直接瞬时转矩控制算法，实现了对转矩的直接精准控制，避免了只对电流进行控制，达到了抑制转矩脉动的目的。
(3)本发明通过采用转矩角度控制模块中的开通角控制，实时调整开通角，进一步补偿了瞬时转矩的误差；通过采用转矩角度控制模块中的关断角控制，实时调整关断角，减少了换相过程中产生的负转矩值(换相时，电感值处于下降状态，此时电流值产生的转矩为负值)，显著提高了开关磁阻电机的运转效率。通过开通角和关断角的调整，一定程度上还解决了换相过程中转矩脉动的问题。
本发明提出的一种开关磁阻电机控制系统及方法，有效的抑制了开关磁阻电机运转过程中产生的转矩脉动，减少了运转过程中产生的噪声和振动，保障了运转的平稳性。相对于传统的控制电流算法，直接瞬时转矩控制算法减少了开关损耗和转矩脉动；相对于转矩分配等控制算法，直接瞬时转矩控制算法不需要根据电机的特性选择不同的转矩分配函数来进行控制，通用性较强，适用于大多数的开关磁阻电机；相对于智能控制算法，直接瞬时转矩控制算法简单且鲁棒性强，不需要高性能的硬件来支持神经网络计算和样本的训练。
本实施例对开通角控制算法具体流程进行了详细说明，请参考图4，图4为本发明实施例的开通角控制流程图：具体步骤流程如下：
步骤1：一开始给开关磁阻电机一个初始的开通角度：
其中θm为转子从凸极非重叠区开始转向重叠区时的转子位置，Lmin是凸极非重叠区时的电感，Imax是控制过程中的最大电流，w为开关磁阻电机的转速，D是PWM占空比，Vdc是定子绕组两端的电压。这个初始开通角θon(0)是使得电机运行效率最高的最优开通角，并且将此开通角度放入开通角记录单元62中。
步骤2：运行过程中，转矩观测器求解出当前转矩信息，实际转速和期望转速的差值送入PID调速模块求解出期望转矩，当前转矩和期望转矩形成转矩误差ΔT。
步骤3：将转矩误差ΔT输入开通角补偿单元中，求解出开通补偿角Δθ(on)。
步骤4：利用开通角计算单元计算得到新的开通角(θon+Δθ(on))。
步骤5：进入下一运行周期，重复进行上述步骤1-4。
本实施例对关断角控制算法具体流程进行了详细说明，请参考图5，图5为本发明实施例的关断角控制流程图，具体步骤流程如下：
步骤1：给开关磁阻电机一个初始的关断角度：
其中，θon(0)为初始的开通角度，NS为定子极数。同时将此初始关断角放入关断角记录单元65中。
步骤2：通过电流传感器检测转子位置θn处的电流In，与Iref进行比较，可以获得电流误差ΔI。
步骤3：将电流误差ΔI输入关断角补偿单元中，求解出关断补偿角Δθ(off)。
步骤4：利用关断角计算单元计算得到新的关断角(θoff+Δθ(off))。
步骤5：进入下一运行周期，重复进行上述步骤1-4。
本实施例中实时调整开通角和关断角的方法，通过转矩误差计算得到开通角的补偿角，调整开通角，进一步不成了瞬时转矩的误差；通过电流采集器采集的电流计算得到关断角的补偿角，调正关断角，减少了换相过程中产生的负转矩值(换相时，电感值处于下降状态，此时电流值产生的转矩为负值)，显著提高了开关磁阻电机的运转效率。通过开通角和关断角的调整，一定程度上还解决了换相过程中转矩脉动的问题。本发明提出的一种开关磁阻电机控制系统及控制方法，有效的抑制了开关磁阻电机运转过程中产生的转矩脉动，减少了运转过程中产生的噪声和振动，保障了运转的平稳性。相对于传统的控制电流算法，直接瞬时转矩控制算法减少了开关损耗和转矩脉动；相对于转矩分配等控制算法，直接瞬时转矩控制算法不需要根据电机的特性选择不同的转矩分配函数来进行控制，通用性较强，适用于大多数的开关磁阻电机；相对于智能控制算法，直接瞬时转矩控制算法简单且鲁棒性强，不需要高性能的硬件来支持神经网络计算和样本的训练。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种开关磁阻电机转矩控制系统以及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种开关磁阻电机转矩控制系统，其特征在于，包括：
信息采集模组，所述信息采集模组包括：
位置检测模块，安装在开关磁阻电机内部的转子上，用于实时采集所述开关磁阻电机运行过程的当前角度位置；
电流检测模块，安装在所述开关磁阻电机的电路中，用于实时采集所述开关磁阻电机运行过程中的当前电流值；
计算模组，所述计算模组包括：
转矩观测模块，用于根据采集的所述当前角度位置和所述当前电流值，计算所述开关磁阻电机当前转矩值；
速度估算模块，用于根据采集的所述当前角度位置计算所述开关磁阻电机的当前转速值；
控制模组，所述控制模组包括：
PID速度控制模块，用于根据所述当前转速值与预设转速值之间的误差，计算所述开关磁阻电机的期望转矩值；
转矩角度控制模块，用于根据所述期望转矩和所述当前转矩值的差值，计算开通角的补偿角，基于所述开通角的补偿角计算得到新的开通角；根据期望电流值与所述当前电流值的差值，计算关断角的补偿角，基于所述关断角的补偿角计算得到新的关断角；
逻辑开关模块，用于根据所述新的开通角和所述新的关断角，输出调节开关通断信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转矩角度控制模块包括：
开通角补偿单元，用于根据所述期望转矩和实际转矩值的差值，计算所述开通角的补偿角；
开通角计算单元，用于根据所述开通角的补偿角与之前记录的开通角，计算所述新的开通角；
开通角记录单元，用于实时记录所述新的开通角。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转矩角度控制模块还包括：
关断角补偿单元，用于根据所述期望电流值和所述当前电流的差值，计算所述关断角的补偿角；
关断角计算单元，用于根据所述关断角的补偿角与之前记录的关断角，计算所述新的关断角；
关断角记录单元，用于实时记录所述新的关断角。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
功率变换器，用于根据所述调节开关通断信号，控制所述开关磁阻电机的运转和换相。
5.一种开关磁阻电机转矩控制方法，其特征在于，包括：
根据实时采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，计算所述开关磁阻电机的当前转矩值；
根据实时采集的所述当前角度位置，计算所述开关磁阻电机的当前转速值；
通过所述当前转速值与预设转速值的转速差，计算得到所述开关磁阻电机的期望转矩值；
通过所述期望转矩值与所述当前转矩值的差值，计算得到开通角的补偿角，通过期望电流值与所述当前电流值的差值，计算得到关断角的补偿角；
根据所述开通角的补偿角和所述关断角的补偿角，将当前的开通角和关断角进行调节得到新的开通角和新的关断角；
根据所述新的开通角和新的关断角，控制所述开关磁阻电机的开动和关断的时间。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据实时采集开关磁阻电机的当前角度位置和当前电流值，计算所述开关磁阻电机的当前转矩值包括：
利用电流传感器实时采集所述开关磁阻电机的当前电流值；
利用位置传感器实时采集所述开关磁阻电机的当前角度位置；
根据所述开关磁阻电机的电流和所述开关磁阻电机的位置/>，通过查表法计算得到当前转矩值/>。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据实时采集的所述当前角度位置，计算所述开关磁阻电机的当前转速值包括：
利用公式计算所述开关磁阻电机当前转速值/>；
其中，为开关磁阻电机转子位置的变化量，/>为开关磁阻电机转子的变化时间。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述通过所述当前转速值与预设转速值的转速差，计算得到所述开关磁阻电机的期望转矩值包括：
根据所述当前转速值和预设转速值/>，计算得到转速误差/>,其计算公式为：；
根据所述转速误差，计算所述开关磁阻电机的期望转矩值/>，其公式为：
；
其中，为比例增益，/>为积分时间常数，/>为微分时间常数。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述通过所述期望转矩值与所述当前转矩值的差值，计算得到开通角的补偿角，通过期望电流值与所述当前电流值的差值，计算得到关断角的补偿角包括：
根据所述期望转矩值与所述当前转矩值/>，计算转矩误差/>；
根据所述转矩误差与通过实验得到的常数/>，计算得到所述开通角的补偿角；
根据所述期望电流值与所述当前电流值/>，计算得到电流误差/>；
根据所述电流误差与通过实验得到的常数/>，计算得到所述关断角的补偿角；
其中，为常数，通过实验测试得到，/>为常数，通过实验测试得到，设定转速/>不变，改变开关磁阻电机的开通角/>，根据结果可求解出/>和/>的值。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述开通角的补偿角和所述关断角的补偿角，将当前的开通角和关断角进行调节得到新的开通角和新的关断角包括：
采集所述当前的开通角和所述当前的关断角；
根据所述开通角的不成角和所述当前的开通角，计算得到所述新的开通角；
根据所述关断角的补偿角和所述当前的关断角，计算得到所述新的关断角；
其中，为当前的开通角，/>为当前关断角。
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| 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 |
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