CN214429482U - 永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，包括第一放大电路；所述第一放大电路的输出端分别连接第一运算电路、第二运算电路的输入端；所述第一运算电路和第二运算电路输出端分别连接在第一比较选择电路上的IN1和IN2接口；第三运算电路和第四运算电路的输入端分别连接第一运算电路和第二运算电路的输出端，输出端分别连接第二比较选择电路的IN1和IN2接口；所述第一比较选择电路的输出端连接第二放大电路的输入端，第二比较选择电路的输出端连接第三放大电路的输入端；本申请通过给定电磁转矩标幺值经运算电路得到所需的d、q轴电流给定值，发挥出永磁聚磁式同步磁阻电机转矩密度大的优势。

Description

永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路及系统

技术领域

本公开涉及电机技术领域，特别是涉及永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路及系统。

背景技术

目前，有学者提出了一种永磁聚磁式同步磁阻电机(PMC-SynRM)；相较于传统凸极式永磁电机，该电机通过非对称转子结构，使永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值在相同或相近电流相位角处叠加，达成了增加输出转矩的目的。其效果表现为在材料和尺寸一定的情况下，较传统永磁辅助式同步磁阻电机有更大的转矩密度。

该新型电机的拓扑结构会使转子主磁链矢量逆时针方向偏离每极中心线45°电角度，因此，按照凸极式永磁电机转子dq坐标定向规则(d轴定向在转子磁极中心线处，q轴定向在d轴逆时针方向旋转90°电角度的位置)进行定向，会产生d轴与转子主磁链矢量互差45°的现象，该现象在传统凸极式永磁电机中不会出现。因此，永磁聚磁式同步磁阻电机在该dq坐标系下会推导出与传统凸极式永磁电机不同的转矩方程。所以，需要根据该电机特点推导控制方程、设计控制系统，而不是直接套用传统凸极式永磁电机的控制系统与控制方程。

因此，亟需一种适用于永磁聚磁式同步磁阻电机的转矩最大化利用控制电路及系统，能充分考虑电机永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值在相同或相近电流相位角处叠加的特点，即在该电流相位角处转矩密度最大，使控制系统电流激励的相位角始终跟踪上述转矩密度最大处的电流相位角，使电机始终保持最大转矩电流比输出，发挥该电机转矩密度大的优势，促进该电机系统的应用与推广。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路及系统，通过该控制电路和系统，能够根据所需转矩得到合适的d轴与q轴的电流给定值，发挥出永磁聚磁式同步磁阻电机转矩密度大的优势。

根据一些实施例，本实用新型的第一方案提供了一种永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，采用如下技术方案：

永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，包括第一放大电路；所述第一放大电路的输出端分别连接第一运算电路、第二运算电路的输入端；

所述第一运算电路和第二运算电路的输出端分别连接在第一比较选择电路上的IN1和IN2接口；

第三运算电路和第四运算电路的输入端分别连接第一运算电路和第二运算电路的输出端，输出端分别连接第二比较选择电路的IN1和IN2接口；

所述第一比较选择电路的输出端连接第二放大电路的输入端，第二比较选择电路的输出端连接第三放大电路的输入端。

优选的，所述第一放大电路包括第一电阻、第二电阻、第一双运算放大器和第三电阻，所述第三电阻连接第一双运算放大器的正输入端，另一端接地；第一电阻一端连接第一双运算放大器的负输入端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一双运算放大器的输出端，所述第一双运算放大器的输出端输出给定电磁转矩标幺值的相反数。

优选的，所述第一比较选择电路和第二比较选择电路的电路结构是相同的，具体包括电压比较器、数据选择器；

所述电压比较器的负输入端连接0.75V电压，正输入端连接第一双运算放大器的输出端；所述电压比较器的输出端连接数据选择器的使能接口。

优选的，所述数据选择器还包括第一开关、第二开关，所述第一开关和第二开关分别连接两个运算电路，当正输入端的数值大于负输入端时，闭合第二开关，反之，闭合第一开关。

优选的，所述第二放大电路包括第二双运算放大器、第四电阻；所述第一比较选择电路中的数据选择器的输出端连接第四电阻，所述第四电阻连接第二双运算放大器的正输入端。

优选的，所述第三放大电路包括第三双运算放大器、第五电阻；所述第二比较选择电路中的数据选择器的输出端连接第五电阻，所述第五电阻连接第三双运算放大器的正输入端。

优选的，所述第二双运算放大器负输入端连接第六电阻和第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接第二双运算放大器的输出端，输出d轴的给定电流值；所述第六电阻的另一端接地。

优选的，所述第三双运算放大器的负输入端连接第八电阻和第九电阻的一端，所述第九电阻的另一端连接第三双运算放大器的输出端，输出q轴的给定电流值；所述第八电阻的另一端接地。

根据一些实施例，本实用新型的第二方案提供了一种永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，采用如下技术方案：

永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，包括永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路模块(PMCR-MTU)，用于实现该电机的高性能控制；

光电编码器，安装于永磁聚磁式同步磁阻电机的转子轴上，测量永磁聚磁式同步磁阻电机的转子位置角，并送入角速度处理器；

角速度处理器，用于根据光电编码器测量的转子位置角，微分计算得到转速；

转速PI控制器，用于根据角速度处理器计算的转速，以及给定的目标转速，计算得到电磁转矩给定值；

电流互感器，安装在三相供电线处，以获得实时三相电流值；

ABC-dq变换器，用于利用电角度将由电流互感器测得的三相电流值由ABC坐标系变换到d-q坐标系，得到在d-q坐标系下的实际电流值；

d轴电流PI控制器，用于根据前述d轴电流的给定值以及d轴电流实际值，计算得到d轴电压给定值；

q轴电流PI控制器，用于根据前述q轴电流的给定值以及q轴电流实际值，计算得到q轴电压给定值；

dq-αβ变换器，用于基于电角度将电压给定值由d-q坐标系变换到α-β坐标系下的电压给定；

SVPWM模块，用于基于电压给定得到三相的PWM信号，作为逆变桥的开关信号；

逆变桥模块，连接直流电压源与永磁聚磁式同步磁阻电机，用于根据前述三相PWM信号生成三相电压值，驱动电机运转。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提出的控制系统中的控制电路能够使永磁聚磁式同步磁阻电机输出响应快、超调小、跟踪性能好，实现对该类电机的高性能控制。

2.本实用新型通过放大电路将电磁转矩实际值转化为给定电磁转矩标幺值，并通过运算电路计算得到d、q轴电流标幺值，然后利用比较选择电路，通过比较可以快速的选择输出d、q轴的电流标幺值，再通过第二、三放大电路得到d、q轴给定电流值，从而实现了根据所需转矩计算出所需的d、q轴电流，发挥出永磁聚磁式同步磁阻电机转矩密度大的优势，适用于转矩密度需求高的场合。

3.本实用新型能够利用永磁聚磁式同步磁阻电机的优势，相较于相同尺寸的永磁辅助式同步磁阻电机，能以较少的永磁体用量使控制系统输出较大的电磁转矩，节约系统成本。

4.该控制电路可应用至永磁聚磁式同步磁阻电机模型预测电流控制系统，以及基于上述模型预测控制系统与转矩最大化利用控制系统的无传感器控制系统设计。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本公开实施例一中永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路拓扑结构框图；

图2为本公开实施例一中永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路；

图3为本公开实施例二中永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统框图；

图4(a)-图4(b)是本公开实施例的永磁聚磁式同步磁阻电机每极拓扑结构图及dq轴定向位置与转子主磁链矢量位置；

图5(a)是本公开实施例的电机中各转矩随电流相位角的变化关系；

图5(b)传统凸极式永磁电机中各转矩随电流相位角的变化关系；

图6是本公开实施例的电机空间矢量图；

图7是本公开实施例的电机控制系统Simulink仿真结果；

图中，永磁聚磁式同步磁阻电机1，直流电源2，逆变桥3，ABC-dq变换器4，q轴电流PI控制器5，d轴电流PI控制器6，dq-αβ变换器7，SVPWM模块8，光电编码器9，角速度处理器10，转速PI控制器11，永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路模块(PMCR-MTU)12。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

值得一提的是，本公开提出的控制方案并非只适用于永磁聚磁式同步磁阻电机，凡是利用非对称转子结构使电机永磁转矩最大值与磁阻转矩最大值在相同或相近电流相位角处叠加的思想所设计的电机，均可以使用本专利提出的控制方案进行控制，从而本专利提出的控制电路保护范围不能被局限于永磁聚磁式同步磁阻电机的驱动，而是具有上述特点的这一类电机的驱动，不可因为名称差别对本专利的保护范围进行不当限定。

正如背景技术所介绍的，对于永磁聚磁式同步磁阻电机来说，由于该电机永磁磁链位置与每极中心线不重合，导致在转子磁场定向后，推导出与传统凸极式永磁电机不同的转矩方程，所以需要根据电机特点设计控制系统、推导控制方程，实现该电机的转矩最大化利用控制。

实施例一

请参阅图1-2所示，本实用新型提供的一种实施例：

本实施例公开了一种永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，包括第一放大电路，用于通过第一电阻R₀₁和第二电阻R_f1的关系得到给定电磁转矩标幺值的相反数；第一放大电路的输出端分别连接第一运算电路、第二运算电路的输入端；同时第一放大电路还将给定电磁转矩标幺值的相反数-T_n通过第一、第二比较选择电路的IN3接口作为电压比较器的正输入；

第三运算电路的输入端连接第一运算电路的输出端，第四运算电路的输入端连接第二运算电路的输出端；所述第一运算电路、第二运算电路的输出端分别连接在第一比较选择电路上的IN1接口和IN2接口，对应输出d轴的电流；所述第三运算电路、第四运算电路的输入端分别连接在第一运算电路和第二运算电路的输出端、输出端分别连接在第二比较选择电路上的IN1接口和IN2接口，对应输出q轴的电流；所述第一比较选择电路、第二比较选择电路的IN4接口始终连接0.75V电压；所述第一比较选择电路的输出端连接第二放大电路的输入端，第二比较选择电路的输出端连接第三放大电路的输入端。

具体的，比较选择电路进行的运算为

通过对比给定电磁转矩标幺值的相反数与0.75V，选择输出IN1接口或IN2接口对应的d、q轴的电流实际值。

在本实施例中，所述第一放大电路包括第一电阻R₀₁、第二电阻R_f1、第一双运算放大器和第三电阻，所述第三电阻选用1K大小的电阻，一端连接第一双运算放大器的正输入端，另一端接地；第一电阻R₀₁一端连接T_e给定输入端，另一端连接第一双运算放大器的负输入端和第二电阻R_f1的一端，第二电阻R_f1的另一端连接第一双运算放大器的输出端，第一双运算放大器的输出端输出给定电磁转矩标幺值的相反数-T_n。

其中，R_f1与R₀₁满足关系

即放大电路1的增益为

即

ψ_PM为转子磁链幅值，T_n为给定电磁转矩标幺值，i_qn为给定q轴电流标幺值，T_e为电磁转矩的给定值；i_dn为给定d轴电流标幺值，L_q为电机q轴电感，L_d为电机d轴电感，i_d ^*为给定d轴电流，i_q ^*为给定q轴电流。

运算电路1进行的运算为

运算电路2进行的运算为

运算电路3进行的运算为

运算电路4进行的运算为

具体的，所述第一比较选择电路和第二比较选择电路的电路结构是相同的，具体包括电压比较器、数据选择器；

所述电压比较器的负输入端连接0.75V电压，正输入端连接第一双运算放大器的输出端，用以接收第一双运算放大器的输出端输出给定电磁转矩标幺值的相反数-T_n；所述电压比较器的输出端连接数据选择器的使能接口EN；

所述数据选择器还包括第一开关S1、第二开关S2，所述第一开关S1和第二开关S2分别连接两个运算电路，当正输入端的数值大于负输入端时，闭合第二开关S2，反之，闭合第一开关S1。

所述第二放大电路包括第二双运算放大器、第四电阻；所述第一比较选择电路中的数据选择器的输出端O连接第四电阻，所述第四电阻连接第二双运算放大器的正输入端。

具体的，所述第三放大电路包括第三双运算放大器、第五电阻；所述第二比较选择电路中的数据选择器的输出端连接第五电阻，所述第五电阻连接第三双运算放大器的正输入端。

所述第二双运算放大器负输入端连接第六电阻R₀₂和第七电阻R_f2的一端，所述第七电阻R_f2的另一端连接第二双运算放大器的输出端，输出d轴的给定电流值；所述第六电阻R₀₂的另一端接地；

所述第三双运算放大器的负输入端连接第八电阻R₀₃和第九电阻R_f3的一端，所述第九电阻R_f3的另一端连接所述第三双运算放大器的输出端，输出q轴的给定电流值；所述第八电阻R₀₃的另一端接地；

其中，R_f2、R₀₂、R_f3、R₀₃满足关系

放大电路2与放大电路3的增益为

即

参阅图2，是PMCR-MTU电路的一实施例器件选型，其中第一运算电路从左至右依次由减法器、反相开平方器、反相加法器组成，分别进行减1、取反开平方和取反加1，得到i_dn1；第三运算电路的输入端连接第一运算电路的输出端，第三运算电路由取反器组成，对i_dn1进行取反运算，得到i_qn1，即-i_dn1；第二运算电路从上之下依次由反相放大器、减法器、反相器、反向开平方器、加法放大集成器组成，分别进行取反乘4、减3、取反、取反开根号、加1除2运算，得到i_dn2；第四运算电路的输入端连接第二运算电路的输出端，第四运算电路由减法器组成，对i_dn2进行减1运算，得到i_qn2，即i_dn2-1；

第一运算电路和第二运算电路将结果传输给第一比较选择电路，第一比较选择电路根据IN3接口和IN4接口的数值比较，输出相应的数值结果传输给第二放大电路得到最终电机d轴电流给定值i_d ^*；

同时，第三运算电路和第四运算电路将结果传输给第二比较选择电路，第二比较选择电路根据IN3接口和IN4接口的数值比较，输出相应的数值结果传输给第三放大电路得到最终电机q轴电流给定值i_q ^*；

具体器件选型、信号值与器件连接关系均在图中标注，在此不再赘述。

实施例二

请参阅图3所示，本实用新型提供的一种实施例：

本实施例公开了永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，包括实施例一所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路模块(PMCR-MTU)，用于得到所需d轴与q轴的电流给定值；

光电编码器，安装于永磁聚磁式同步磁阻电机的转子轴上，测量永磁聚磁式同步磁阻电机的转子位置角，并送入角速度处理器；

角速度处理器，用于根据光电编码器测量的转子位置角，微分计算得到转速；

转速PI控制器，用于根据角速度处理器计算的转速，以及给定的目标转速，计算得到电磁转矩给定值；

电流互感器，安装在三相供电线处，以获得实时三相电流值；

ABC-dq变换器，用于利用电角度将由电流互感器测得的三相电流值由ABC坐标系变换到d-q坐标系，得到在d-q坐标系下的实际电流值；

d轴电流PI控制器，用于根据前述d轴电流的给定值以及d轴电流实际值，计算得到d轴电压给定值；

q轴电流PI控制器，用于根据前述q轴电流的给定值以及q轴电流实际值，计算得到q轴电压给定值；

dq-αβ变换器，用于基于电角度将电压给定值由d-q坐标系变换到α-β坐标系下的电压给定；

SVPWM模块，用于基于电压给定得到三相的PWM信号，作为逆变桥的开关信号；

逆变桥模块，连接直流电压源与永磁聚磁式同步磁阻电机，用于根据前述三相PWM信号生成三相电压值，驱动电机运转。

其结构如图1所示，系统结构包括永磁聚磁式同步磁阻电机1、直流电源2、逆变桥3、ABC-dq变换器4、q轴电流PI控制器5、d轴电流PI控制器6、dq-αβ变换器7、SVPWM模块8、光电编码器9，角速度处理器10、转速PI控制器11、永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路模块(PMCR-MTU)12。

本公开实施例的电机每极拓扑结构如图4(a)所示，该电机每个极上有四个内置永磁体，镶嵌在转子槽内；每个极上dq轴定向位置如图4(b)所示，在图中也标注出了转子主磁链矢量的方向与位置，即在dq轴的角平分线处。

该电机特有的拓扑结构使得永磁转矩T_pm最大值与磁阻转矩T_re最大值在相同电流相位角处叠加得到总转矩T_em，如图5(a)所示，相较于传统凸极式永磁电机(如图5(b)所示)，总转矩最大值有所提升，使得电机具有更大的转矩密度。

根据磁力线分布，得出由图6所示电机空间矢量图，其中i_s为定子电流空间矢量，i_d、i_q分别为i_s的交直轴分量，ψ_PM为永磁体产生的永磁磁链，永磁磁链偏移角为45°，ψ₀为i_s产生的磁链，ψ_s为ψ₀与ψ_PM的合成磁链。

可得出电机的电磁转矩方程为

其中，p为电机极数。

最大化利用电机转矩，即在某个给定的电磁转矩下，所需要的电流幅值最小，即求如何选择i_d、i_q，使在某一T_e下

最小。根据泛函极值原理，可求得i_d、i_q与T_e的关系为

该方程即为图3中PMCR-MTU模块所实现的运算，也是图1和图2所示电路完成的运算。

实施例三

请参阅图3所示，本实用新型提供的一种实施例：

本实施例提供一种永磁聚磁式同步磁阻电机控制电路及系统，包括：转矩电流多路输出模块、光电编码电路和闭环控制模块；所述转矩电流多路输出模块包括PI控制器和PMCR-MTU电路；所述PI控制器的输入端通过运算电路与光电编码电路连接，PI控制器的输出端与PMCR-MTU电路连接，PMCR-MTU电路的输出端与闭环控制模块的两路对称输入端口连接。

作为一种可选的实施例方式，光电编码电路的输出经运算电路输入至PI控制器中，PI控制器的输出端与PMCR-MTU电路的一路输入端连接，经PMCR-MTU电路后得到多路输出。

其中，逆变电路分别与第一PI子控制器和第二PI子控制器的输出端连接，第一PI子控制器的输入端连接PMCR-MTU电路的第一输出端，第二PI子控制器的输入端连接PMCR-MTU电路的第二输出端。

作为一种可选的实施例方式，所述PMCR-MTU电路的输出端通过运算电路与第一PI子控制器与第二PI子控制器的输入端连接。

更进一步的，所述运算电路均采用减法器。

作为一种可选的实施例方式，所述逆变电路一端连接电源，另一端连接被控设备。

更进一步的，所述电源采用直流电源。

在更多实施例中，以对永磁聚磁式同步磁阻电机的转矩最大化利用控制为例，提供一种永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，包括：第一方面所述的控制电路和永磁聚磁式同步磁阻电机电机1；所述光电编码电路连接在永磁聚磁式同步磁阻电机1的转子处，闭环控制模块的输出端口与永磁聚磁式同步磁阻电机1的输入端连接，如图3所示。

作为一种可选的实施例方式，所述光电编码电路包括光电编码器9，光电编码器9安装在永磁聚磁式同步磁阻电机1的转子轴上，用于获取电机转子位置角θ_m；

更进一步的，所述光电编码电路通过运算电路与PI控制器11连接，即将输出数据经运算电路依次传输至PI控制器11和PMCR-MTU电路12。

作为一种可选的实施例方式，闭环控制模块的输出端口与永磁聚磁式同步磁阻电机的输入端连接；

优选地，所述闭环控制模块包括逆变电路、第一PI子控制器和第二PI子控制器；所述逆变电路中包括逆变桥，具体地，逆变桥3连接直流电源2与永磁聚磁式同步磁阻电机的输入端。

作为一种可选的实施例方式，在永磁聚磁式同步磁阻电机的电流输出端连接电流互感器，用于采集电机的三相电流；

优选地，所述电流互感器通过运算电路连接第一PI子控制器6和第二PI子控制器5；同时运算电路还连接PMCR-MTU的第一输出端和第二输出端；

更进一步的，第一PI子控制器和第二PI子控制器的输出通过运算电路连接至逆变电路中。

可以理解的，在更多实施例中，还提供一种永磁聚磁式同步磁阻电机控制方法，包括：

S1：采用安装在永磁聚磁式同步磁阻电机转子轴上的光电编码器获取转子位置角θ_m；

可以理解的，光电编码器是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要由光栅盘和光电探测装置组成。在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过每秒光电编码器输出脉冲的个数得到当前电机转速；码盘还可提供相位相差90°的2个通道的光码输出，根据双通道光码的状态变化确定电机的转向；在电角度的计算中，根据光电编码器的光栅盘反馈的位置信息得到电机的电角度。

故，在光电编码电路中，根据光电编码器9测量的转子位置角θ_m进行角速度处理10，得到电机转速ω_r与内电机电角度θ_e；具体为：

其中，p为转子极数。

S2：将光电编码电路输出的电机转速ω_r和目标转速ω_r经减法器后，将减法器的运算结果输入PI控制器中，得到电磁转矩给定值T_e ^*；具体为：

其中，e_n为转速偏差(rpm)，K_pn为转速PI比例增益，K_in为PI控制器的积分增益，J为电机转动惯量，B为电机粘滞系数，β_n为PI控制器的待整定参数(与转速环带宽正相关)。

S3：将PI控制器11的输出传输至PMCR-MTU电路中，实现d、q轴电流的给定，并经减法器分别输入至外电机第二PI子控制器和内电机第二PI子控制器中；具体为：

S4：电流互感器采集的电机三相电流，将其进行外电机ABC-dq变换4，即提取电机三相电流的d轴分量、q轴分量；

将PMCR-MTU电流12的输出，即电机q轴电流给定值i_q ^*和电机三相电流的q轴分量，电机d轴电流给定值i_d ^*与电机三相电流的d轴分量分别经减法器后，将减法器的输出结果发送至逆变电路；

其中，电流互感器测量的电机绕组相电流i_A、i_B、i_C，经ABC-dq变换后得到电机q轴、d轴电流实际值i_q、i_d，具体为：

减法器与第一PI、第二PI的输出结果包括电机电压给定值u_d ^*、u_q ^*，其表达式与整定方式为：

其中，α分别为电机电流环待整定参数(与电流环带宽正相关，参考值为2π/min{L_d/R，L_q/R})，L_d为外电机d轴电感值，L_q为电机q轴电感值，其余参数均为PI子控制器的比例或积分增益值。

S5：在逆变电路中，根据电机电角度θ_e，将电机电压给定值u_d ^*、u_q ^*进行电机dq-αβ变换7即提取电压给定值的α分量、β分量，即u_α、u_β；

具体为：

将得到的上述分量经电机逆变桥后生成ABC三相电压值，以驱动永磁聚磁式同步磁阻电机运转；

可以理解的，采用电机SVPWM调制8得到三相PWM信号，作为逆变桥的开关信号，逆变桥模块连接直流电压源与永磁聚磁式同步磁阻电机，用于根据三相PWM信号生成三相电压值，驱动电机运转。

下面结合Matlab/simulink仿真图对本发明的应用效果作详细的描述：

在仿真过程中，0s时给定电机转速1000rpm，0.1s时加载4.5N·m，得到的电机响应如图7所示。

由图7的仿真图可以看出，在给定电机升速指令时，电机迅速以电流限幅值加速启动，在0.05s左右到达给定转速，经轻微超调后恢复给定转速，此时由于处于空载状态，电机输出电磁转矩为0，产生电磁转矩的绕组电流也下降为0左右；在0.1s时加载4.5N·m，电机转速在轻微降落后恢复给定转速，此时，负载稳态电流幅值为4.2A左右，符合电机设计要求。

从而，本专利公开的控制策略能够使永磁聚磁式同步磁阻电机响应快、超调小、跟踪性能好，实现该电机的高性能控制。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

本实用新型通过放大电路将电磁转矩实际值转化为给定电磁转矩标幺值，并通过运算电路计算得到d、q轴电流标幺值，然后利用比较选择电路，通过比较可以快速的选择输出d、q轴的电流标幺值，再通过第二、三放大电路得到d、q轴给定电流值，从而实现了根据所需转矩计算出所需的d、q轴电流，发挥出永磁聚磁式同步磁阻电机转矩密度大的优势，适用于转矩密度需求高的场合。

上述实施例提出的控制系统使用电流PI调节器进行电流控制，对电机电感、磁链、转动惯量等参数具有较强的鲁棒性；能够利用公开的参数整定方法，实现PI参数的快速整定，提高系统开发的效率。

本公开所述的控制电路及系统能够利用永磁聚磁式同步磁阻电机的优势，相较于同尺寸的永磁辅助式同步磁阻电机，以较少的永磁体用量使电驱系统输出较大的电磁转矩，减少系统成本；使用市场上较为常见的三相逆变器进行供电，成熟可靠。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，包括第一放大电路；所述第一放大电路的输出端分别连接第一运算电路、第二运算电路的输入端；

所述第一运算电路和第二运算电路的输出端分别连接在第一比较选择电路上的IN1和IN2接口；

第三运算电路和第四运算电路的输出端分别连接第二比较选择电路的IN1和IN2接口；

所述第一比较选择电路的输出端连接第二放大电路的输入端，第二比较选择电路的输出端连接第三放大电路的输入端。

2.如权利要求1所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第一电阻、第二电阻、第一双运算放大器和第三电阻，所述第三电阻一端连接第一双运算放大器的正输入端，另一端接地；第一电阻一端连接第一双运算放大器的负输入端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一双运算放大器的输出端；所述第一双运算放大器的输出端输出给定电磁转矩标幺值的相反数。

3.如权利要求1所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第三运算电路的输入端连接第一运算电路的输出端，所述第四运算电路的输入端连接第二运算电路的输出端。

4.如权利要求1所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第一比较选择电路和第二比较选择电路的电路结构是相同的，具体包括电压比较器、数据选择器；

所述电压比较器的负输入端连接0.75V电压，正输入端连接第一双运算放大器的输出端；所述电压比较器的输出端连接数据选择器的使能接口。

5.如权利要求4所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述数据选择器还包括第一开关、第二开关，所述第一开关和第二开关分别连接两个运算电路，当正输入端的数值大于负输入端时，闭合第二开关，反之，闭合第一开关。

6.如权利要求1所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第二放大电路包括第二双运算放大器、第四电阻；所述第一比较选择电路中的数据选择器的输出端连接第四电阻，所述第四电阻连接第二双运算放大器的正输入端。

7.如权利要求1所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第三放大电路包括第三双运算放大器、第五电阻；所述第二比较选择电路中的数据选择器的输出端连接第五电阻，所述第五电阻连接第三双运算放大器的正输入端。

8.如权利要求6所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第二双运算放大器负输入端连接第六电阻和第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接第二双运算放大器的输出端，输出d轴的给定电流值；所述第六电阻的另一端接地。

9.如权利要求7所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路，其特征在于，所述第三双运算放大器的负输入端连接第八电阻和第九电阻的一端，所述第九电阻的另一端连接第三双运算放大器的输出端，输出q轴的给定电流值；所述第八电阻的另一端接地。

10.永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的永磁聚磁式同步磁阻电机转矩最大化利用控制电路模块，用于实现该电机的高性能控制；

光电编码器，安装于永磁聚磁式同步磁阻电机的转子轴上，测量永磁聚磁式同步磁阻电机的转子位置角，并送入角速度处理器；

角速度处理器，用于根据光电编码器测量的转子位置角，微分计算得到转速；

转速PI控制器，用于根据角速度处理器计算的转速，以及给定的目标转速，计算得到电磁转矩给定值；

电流互感器，安装在三相供电线处，以获得实时三相电流值；

ABC-dq变换器，用于利用电角度将由电流互感器测得的三相电流值由ABC坐标系变换到d-q坐标系，得到在d-q坐标系下的实际电流值；

d轴电流PI控制器，用于根据前述d轴电流的给定值以及d轴电流实际值，计算得到d轴电压给定值；

q轴电流PI控制器，用于根据前述q轴电流的给定值以及q轴电流实际值，计算得到q轴电压给定值；

dq-αβ变换器，用于基于电角度将电压给定值由d-q坐标系变换到α-β坐标系下的电压给定；

SVPWM模块，用于基于电压给定得到三相的PWM信号，作为逆变桥的开关信号；

逆变桥模块，连接直流电压源与永磁聚磁式同步磁阻电机，用于根据前述三相PWM信号生成三相电压值，驱动电机运转。

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