[發明專利]開關磁阻電機實現直接瞬時轉矩控制的方法

有效

• 申請號: 201710555805.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107425782B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 孫建忠;鐘啟濠;白鳳仙;韓潤宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02P23/30
• 分類號: H02P23/30;H02P25/08;H02P27/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種開關磁阻電機實現直接瞬時轉矩控制的方法，其特征是，該方法首先搭建開關磁阻電機采用DITC的調速系統，將控制軟件裝載于微控制器中，控制軟件采用轉速、轉矩雙閉環結構；通過在調速系統的微控制器1中加載特殊編寫的轉矩在線計算細化程序，利用電流檢測單元以及位置檢測單元反饋過來的相電流值、轉子位置值；通過磁路飽和系數對兩相通電時的合成轉矩進行修正，得出一個精確的轉矩值，針對電機所處的啟動或者低速運轉狀態，采用對應的控制方法；方法的具體實現步驟如下：

第一步 搭建開關磁阻電機的DITC調速系統

開關磁阻電機的DITC控制系統由微控制器(1)、開關磁阻電機(2)、功率變換器(3)、驅動單元(4)、電流檢測單元(5)、位置檢測單元(6)六部分組成；微控制器(1)中加載有控制軟件，控制軟件采用轉速、轉矩雙閉環結構；將微控制器(1)通過位置檢測單元(6)與開關磁阻電機(2)連接起來；電流檢測單元(5)由三個電流傳感器C_a、C_b、C_c組成，微控制器(1)上安裝有IO接口通過電路依次與驅動單元(4)、電流檢測單元(5)和功率變換器(3)連接；

控制系統的控制流程：通過位置檢測單元(6)采集轉子位置信號，再根據轉子位置信號得出當前轉速，將給定轉速與當前轉速之差經速度調節器ASR處理后，得到給定轉矩；A、B、C各相繞組的電流由電流檢測單元(5)采集，結合轉子位置信號，通過存儲于微控制器(1)中的轉矩數據表在線查表，得出各相轉矩，再經過轉矩修正環節，得到最終的實際轉矩；然后把給定轉矩與實際轉矩之差送入滯環比較器，得到開關表；通過微控制器(1)的I/O口輸出開關信號，經驅動單元(4)放大后，控制功率變換器(3)中的功率器件V1、V2、V3、V4、V5和V6的導通和關斷，使開關磁阻電機(2)的各相繞組通電或斷電，從而實現開關磁阻電機的DITC控制；

第二步 加載開關磁阻電機轉矩在線計算細化程序

程序采用的轉矩數據表為二維數據表，表格存儲1/4周期單相轉矩隨相電流和位置角變化的數據；轉子位置角以不對齊位置角為0度，對齊位置角為最大位置角θ_max；采用一個二維數組對其進行數據裝載，行為轉子位置角，當前位置角所在區域的下限編號值為θ_k,θ_k＝0,1,2,...,N₁，列為電流值I_S,I_S＝0,1,2....N₂，電流的下限編號值I_S，數據表的規格為N₁×N₂，通過二次查表得出相轉矩的計算值；數據表的存儲量不超過5Kbyte；同時，為了減小數據存儲量，控制軟件中不存儲實際電流和實際位置角，用0和正整數表示轉子位置角和電流；表格中的轉子位置角的分度值為：

表格中實際電流的分度值為：

應用小數據表格進行DITC查表，為了保證控制精度，采用在線細化的方法計算瞬時轉矩，轉矩細化計算步驟如下：

首先，判定轉子位置角所在區域以及電流所在區域，利用實時位置角度值除以角度分度值，并將其計算結果取整，得出當前位置角所在區域的下限編號值θ_k：

其中，θ為當前轉子位置角的實際值，θ_k＝0,1,2,...,N₁，當前位置角所在區域的上限編號值為θ_k+1：

θ_k+1＝θ_k+1 (4)

同時，計算轉子位置所在區域的比例，其比例值為：

將計算出的比例值存儲下來，用于轉矩細化計算，以減少在線計算量；同理，得出電流的下限編號值I_S,I_S＝0,1,2....N₂、上限編號值I_S+1以及電流所在區域位置I_ratio，分別表示為；

I_S+1＝I_S+1 (7)

其中，I為相繞組電流的實際值；

然后，進行轉矩細化計算，從表格中直接查得四個轉矩值T(θ_k,I_S)、T(θ_k,I_S+1)、T(θ_k+1,I_S)、T(θ_k+1,I_S+1)，先計算電流值為電流區域下限值、轉子位置值為實時轉子位置值對應的轉矩：

T_L＝[T(θ_k+1,I_S)-T(θ_k,I_S)]×θ_ratio+T(θ_k,I_S) (9)

再計算電流值為電流區域上限值、轉子位置值為實時轉子位置值對應的轉矩：

T_H＝[T(θ_k+1,I_S+1)-T(θ_k,I_S+1)]×θ_ratio+T(θ_k,I_S+1) (10)

根據實際電流值所在區間的比例值I_ratio，得到各相轉矩的計算值為:

T_p＝(T_H-T_L)×I_ratio (11)

其中，T_p表示p相繞組轉矩值，p＝A、B、C；

最后，對計算轉矩進行修正，得到電機的實際轉矩為

其中，K_T為轉矩修正系數，轉矩修正系數K_T的最大值為1，該修正系數與磁路飽和系數K_sat為負相關關系，磁路飽和系數K_sat的最小值為1，其最大值隨不同電機而不同，通過預先計算得到。