[發(fā)明專利]一種橫向磁通開關(guān)磁阻電機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)及其方法

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• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110829932A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周鑫昇;顏建虎;池松;周怡
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P21/14;H02P25/098
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種橫向磁通開關(guān)磁阻電機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)及其方法，用于降低橫向磁通開關(guān)磁阻電機運行時的轉(zhuǎn)矩脈動，步驟如下：首先由位置檢測模塊檢測位置信息θ，電流檢測模測得電流i，速度計算模塊通過位置信息θ計算出實際轉(zhuǎn)速ω_r；轉(zhuǎn)矩估算模塊和磁鏈估算模塊根據(jù)θ和i計算出各相的實際轉(zhuǎn)矩T和；通過磁鏈坐標(biāo)變換，矢量計算，扇區(qū)判斷，滯環(huán)比較器和矢量開關(guān)表得出開關(guān)信號；最后功率變換器根據(jù)開關(guān)信號，來控制橫向磁通開關(guān)磁阻電機。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橫向磁通開關(guān)磁阻電機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

開關(guān)磁阻電機(Switched Reluctance Motor,SRM)是結(jié)構(gòu)最簡單的電機，相較于其他類型的電機，其驅(qū)動系統(tǒng)具有許多獨特的優(yōu)點。首先，其電機本體結(jié)構(gòu)簡單，只在定子極上有繞組，而轉(zhuǎn)子上無繞組，也無永磁體，這種結(jié)構(gòu)特別適用于高速驅(qū)動、高溫、振動等惡劣場合使用。其次，開關(guān)磁阻電機的開關(guān)元件與繞組相串聯(lián)，從而避免了兩個開關(guān)元件直通的危險，從而提高了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。除此之外，開關(guān)磁阻電機還具有可控參數(shù)多、調(diào)速性能好、高起動轉(zhuǎn)矩和低起動電流等特點。然而，由于開關(guān)磁阻電機本身就是一個時變、非線性的系統(tǒng)。磁阻轉(zhuǎn)矩是定子電流和轉(zhuǎn)子位置的非線性函數(shù)，加之開關(guān)形式的供電電源，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)矩脈動要比其他系統(tǒng)嚴(yán)重。由此引起的瞬時轉(zhuǎn)矩脈動，電機噪聲、振動等問題是限制開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)在諸如伺服器驅(qū)動和家用電器等低速平穩(wěn)運行場合下應(yīng)用的主要障礙。因此，對開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制的研究一直受到人們的高度重視，各國學(xué)者在轉(zhuǎn)矩脈動抑制方面也提出了許多方法，取得了較顯著的成果。

減小轉(zhuǎn)矩脈動的方法主要有兩種：一種方法是優(yōu)化電機的電磁設(shè)計，另一種方法是從電機控制角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的最小化。開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動一般出現(xiàn)在換相時，這是由于換相時，當(dāng)前相關(guān)斷，不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而下一相導(dǎo)通，不能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩而造成的。在傳統(tǒng)的控制方式下，開關(guān)磁阻電機將產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)矩脈動，由此將造成轉(zhuǎn)速的上下波動，對于驅(qū)動高精度的控制系統(tǒng)裝置，此種控制方式難以滿足要求。隨著國內(nèi)外對開關(guān)磁阻電機研究的不斷深入，針對轉(zhuǎn)矩脈動抑制，從電機控制角度來說主要有以下幾種有效的控制策略，并進(jìn)行分析比較可知直接轉(zhuǎn)矩控制是其中相對較好的控制方法：

1.滑模變結(jié)構(gòu)控制：該控制策略下，電機性能得到很大改善、系統(tǒng)的魯棒性增強、實現(xiàn)簡單。但忽略了磁飽和效應(yīng)，并且也是一種開關(guān)控制，可能會帶來新的振動問題。

2.智能控制：是一種非線性控制，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。電機傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)結(jié)合，控制效果好、系統(tǒng)魯棒性強、但實現(xiàn)起來相對復(fù)雜。

3.轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制：通過對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配實現(xiàn)對各相轉(zhuǎn)矩的有效控制，使總轉(zhuǎn)矩近似保持恒定，來減小轉(zhuǎn)矩脈動。效果明顯，但其基于線性模型創(chuàng)建，對電流變化規(guī)律不能準(zhǔn)確反映，且無法確定最優(yōu)函數(shù)。

4.直接轉(zhuǎn)矩控制：把電機本體和功率變換器當(dāng)成一個整體來考慮，根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差的變化情況選取電壓矢量，通過控制磁鏈的幅值和旋轉(zhuǎn)速度來控制轉(zhuǎn)矩。對降低轉(zhuǎn)矩脈動有很好的效果，且對電機參數(shù)的依賴小。

5.迭代學(xué)習(xí)控制：控制精度高且收斂速度快，轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果較好。但學(xué)習(xí)過程需準(zhǔn)確的位置信息，否則效果會差，若采用高精度位置編碼盤會增加成本。通過上述介紹和優(yōu)缺點分析，確定了直接轉(zhuǎn)矩控制作為本文的控制策略。充分發(fā)揮其優(yōu)點，力求獲得優(yōu)良的低轉(zhuǎn)矩脈動控制系統(tǒng)。