[發明專利]一種電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制方法與系統

有效

• 申請號: 201610296813.9
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105811849B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 黨選舉;姜輝;伍錫如;李珊;張向文;王涵正;王月娥;周芳莉;朱國魂;莫太平;周子文
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H02P25/098
• 分類號: H02P25/098
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 歐陽波

技術領域

本發明涉及電動汽車電機的控制領域，具體為一種電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制方法與系統。

背景技術

開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor,SRM)與其它類型電機比較，具有結構簡單、堅固、無需永磁材料、高轉速、運行可靠及調速范圍寬等優點，逐漸成為驅動調速領域的研究熱點。但是，開關磁阻電機SRM固有的雙凸極結構、高度非線性的電磁特性及開關供電特性，導致開關磁阻電機的轉矩脈動問題。因開關磁阻電機電磁特性非線性強，且目前尚無符合控制要求的SRM數學模型，傳統的電機線性控制方法無法用于開關磁阻電機的轉矩脈動控制。此問題限制了開關磁阻電機在新能源汽車驅動及高精度伺服控制等領域的廣泛應用。

當前國內外對抑制開關磁阻電機轉矩脈動的研究主要集中在電機本體結構優化及電機轉矩控制策略改進兩個方面。最為流行的轉矩控制策略大致分為兩大類：一類是控制變量為電流或磁鏈的間接轉矩控制；另一類是控制變量為瞬時合成轉矩的直接轉矩控制。

轉矩分配函數TSF(Torque-Sharing Function,TSF))控制，是減輕開關磁阻電機轉矩脈動的一種特有的控制方法，但對于開關磁阻電機的強非線性特性，固定形狀的轉矩分配函數難以保證換相期間脈動抑制的效果。為了解決關斷的相電流未能及時減為零、而在負電感變化率區間產生負轉矩的問題，現有文獻提出了采用模糊控制、在線修改轉矩分配函數，補償導通時的期望轉矩以抵消拖尾電流帶來的影響。此方法以轉矩偏差及其變化率作為模糊控制的輸入，輸出為分配函數的補償量，并考慮了電機磁場的非線性及高度磁飽和性，通過優化換相期間導通相與關斷相電流曲線，實現對開關磁阻電機轉矩脈動的抑制控制。直接轉矩控制方法是通過轉矩偏差經過空間迭代學習生成電壓修正值，在幾個迭代周期后，希望轉矩能收斂至期望值。現有研究成果共同點是通過補償或優化各控制量非線性特性以減小轉矩脈動。

由于開關磁阻電機轉矩分配函數(TSF)的控制，采用理想的線性電感模型，線性電感將轉矩簡化為隨電流平方變化關系。

而實際上開關磁阻電機各相電感L隨電流I變化而變化，轉矩-電流的關系是強非線性，使電感L難以解析。

因此目前開關磁阻電機轉矩分配函數(TSF)的控制難以從根本上解決轉矩-電流之間的強非線性關系，仍不能有效地抑制SRM轉矩脈動。

發明內容

本發明的目的是針對現有的開關磁阻電機的轉矩脈動控制控制問題設計的一種電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制方法，本方法在轉矩分配函數TSF控制方法的基礎上引入瞬時轉矩反饋，采用泰勒多項式，根據轉矩-電流強非線性關系，由轉矩偏差折算得到電流偏差，并將電流偏差疊加到主通路基本控制電流上，以補償電流非線性部分，間接補償轉矩非線性特性，實現電機恒轉矩控制，在補償優化后的電流控制下，輸出轉矩快速收斂到給定轉矩，轉矩脈動明顯減小，有效抑制了轉矩脈動。

本發明的另一目的是根據上述電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制方法設計一種電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制系統。

本發明設計的一種電流非線性補償的開關磁阻電機轉矩控制方法，以現有的開關磁阻電機線性電感模型的電磁轉矩數學表達式計算基本控制電流，采用最優轉矩分配函數，得到各相分配轉矩，由實測轉矩與設定轉矩的轉矩偏差折算得到相非線性補償電流值，并將其疊加到基本控制電流上，補償電流非線性部分，從而補償開關磁阻電機的非線性，達到減小換相時轉矩脈動的目的。主要步驟如下：

Ⅰ、根據分配函數(TSF)進行各相轉矩分配

電機轉矩由電機相鄰兩相轉矩疊加組成，其中一相轉矩逐漸減小，另一相轉矩逐漸增加，分配函數實現對各相轉矩的分配。考慮到控制效果、損耗及運算量等指標，在線性、正弦、指數及立方函數不同的分配函數中，本發明選擇立方分配函數作為轉矩分配函數，如下：

其中θ為轉子位置角，θ_on為開通角，θ_off為斷開角。

根據分配函數將設定轉矩(目標轉矩)T_ref分配到相鄰兩相，其中一個開通相的分配轉矩為T_up，另一個關斷相的分配轉矩為T_dn。設定轉矩分配如下式：

Ⅱ、基本控制電流

根據電機的結構及所需的控制精度適當簡化開關磁阻電機各相電感數學描述，相電感為轉子位置角度的函數。基于線性電感模型(Linear Inductance Model,LIM)的電磁轉矩數學表達式為：