[發(fā)明專利]一種磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的共勵(lì)磁控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011383210.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN112532147B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉澤遠(yuǎn);梁智;陳梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P25/092
• 分類號(hào): H02P25/092
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

1.一種磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的共勵(lì)磁控制方法，磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)包括E型定子主動(dòng)磁軸承和12/8開關(guān)磁阻電機(jī)，所述12/8開關(guān)磁阻電機(jī)每個(gè)定子極有一個(gè)電樞繞組，每四個(gè)相隔90°的電樞繞組線圈串聯(lián)，分別形成三相繞組，在E型定子主動(dòng)磁軸承中，有四個(gè)E型定子，每個(gè)E型定子包括一個(gè)寬極和兩個(gè)窄極，每個(gè)較寬的磁極有一個(gè)偏置繞組，每個(gè)較窄的磁極有一個(gè)懸浮繞組；所述磁軸承的繞組包括偏置繞組和懸浮繞組，其中偏置繞組產(chǎn)生懸浮所需的偏置磁通，懸浮繞組產(chǎn)生懸浮力，所述開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組包括A相電樞繞組、B相電樞繞組和C相電樞繞組，共三相，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，偏置繞組與電樞繞組串聯(lián)在共勵(lì)磁功率變換器上產(chǎn)生偏置電流，其特征在于：步驟A，采集磁軸承轉(zhuǎn)子位移信號(hào)，獲取X軸與Y軸方向上的給定懸浮力；

步驟B，獲取X軸方向以及Y軸方向上的給定徑向懸浮電流值和由上一步驟得到了X軸和Y軸方向上的給定懸浮力，以及實(shí)時(shí)檢測(cè)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)共勵(lì)磁功率變換器偏置繞組側(cè)的偏置電流i_bias，一起通過(guò)有限元徑向磁軸承電流查表的方式得到X軸方向上的給定徑向懸浮電流值和Y軸方向上的給定徑向懸浮電流值

步驟C，獲取H橋功率變換器前橋臂開關(guān)管的控制信號(hào)以及后橋臂開關(guān)管的占空比，快速跟隨給定徑向懸浮電流值減少電流紋波，并控制磁軸承；

步驟D，獲取開關(guān)磁阻電機(jī)相轉(zhuǎn)矩勵(lì)磁時(shí)的相繞組電流參考值i^*和開通角θ_on；

步驟E，根據(jù)電流參考值i^*和開通角θ_on調(diào)節(jié)所述相轉(zhuǎn)矩勵(lì)磁時(shí)的轉(zhuǎn)矩；

所述步驟A具體包括：步驟A-1，由X軸和Y軸位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位移量x、y，并把采集到的位移量x、y與給定X軸方向位移x^*和給定Y軸方向位移y^*進(jìn)行比較得到位移誤差值Δy和Δx；

步驟A-2，把得到的X軸方向的位移誤差值Δx以及Y軸方向的位移誤差值Δy進(jìn)行PID調(diào)節(jié)得到X軸方向上的給定懸浮力和Y軸方向上的給定懸浮力

步驟C具體包括：步驟C-1，由X軸方向和Y軸方向電流傳感器檢測(cè)兩個(gè)方向懸浮繞組的電流值i_x、i_y，并把采集到的電流值i_x、i_y與有限元查表得到的給定徑向懸浮電流值進(jìn)行比較得到誤差值Δi_x和Δi_y；

步驟C-2，X軸方向和Y軸方向懸浮力采用兩個(gè)H橋結(jié)構(gòu)的功率電路來(lái)控制，其中X軸方向的H橋結(jié)構(gòu)為開關(guān)管V1、V2串聯(lián)構(gòu)成前橋臂，其中開關(guān)管V1為上開關(guān)管，開關(guān)管V2為下開關(guān)管，開關(guān)管V3、V4串聯(lián)構(gòu)成后橋臂，其中開關(guān)管V3為上開關(guān)管，開關(guān)管V4為下開關(guān)管；Y軸方向的H橋結(jié)構(gòu)為V5、V6串聯(lián)構(gòu)成前橋臂，其中開關(guān)管V5為上開關(guān)管，開關(guān)管V6為下開關(guān)管；開關(guān)管V7、V8串聯(lián)構(gòu)成后橋臂，其中開關(guān)管V7為上開關(guān)管，開關(guān)管V8為下開關(guān)管；懸浮繞組串聯(lián)在前后橋臂之間；

X軸方向，在PWM波形上升沿來(lái)臨時(shí)采集徑向懸浮誤差電流值Δi_x，判斷徑向懸浮誤差電流值Δi_x的極性，并保持一個(gè)PWM周期；當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為正，那么在這個(gè)時(shí)間周期內(nèi)H橋功率變換器前橋臂上開關(guān)管V1保持開通，下開關(guān)管V2關(guān)斷，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；

當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為負(fù)，那么在這個(gè)時(shí)間周期內(nèi)H橋功率變換器前橋臂上開關(guān)管V1保持關(guān)斷，下開關(guān)管V2開通，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；

Y軸方向，在PWM波形上升沿來(lái)臨時(shí)采集徑向懸浮誤差電流Δi_y，判斷徑向懸浮誤差電流Δi_y的極性，并保持一個(gè)PWM周期；當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為正，那么在這個(gè)時(shí)間周期內(nèi)H橋功率變換器前橋臂上開關(guān)管V5保持開通，下開關(guān)管V6關(guān)斷，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；

當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為負(fù)，那么在這個(gè)時(shí)間周期內(nèi)H橋功率變換器前橋臂上開關(guān)管V5保持關(guān)斷，下開關(guān)管V6開通，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；

步驟C-3，X軸方向，在PWM時(shí)間周期內(nèi)，實(shí)時(shí)采集的徑向懸浮電流誤差信號(hào)值經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V4的占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為正，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V4的占空比為1，下開關(guān)管V4全開通，上開關(guān)管V3關(guān)斷，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為負(fù)，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V4的占空比為0，下開關(guān)管V4關(guān)斷，上開關(guān)管V3開通；

在一個(gè)PWM周期內(nèi)，當(dāng)前橋臂上開關(guān)管V1為導(dǎo)通狀態(tài)，后橋臂實(shí)時(shí)采集懸浮電流誤差信號(hào)值計(jì)算占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為正，后橋臂下開關(guān)管V4開通，電源電壓為懸浮繞組正向充電記為“+”狀態(tài)，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為負(fù)，后橋臂下開關(guān)管V4關(guān)斷，懸浮繞組進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)記為“0”狀態(tài)；

在一個(gè)PWM周期內(nèi)，當(dāng)前橋臂上開關(guān)管V1為關(guān)斷狀態(tài)，后橋臂實(shí)時(shí)采集懸浮電流誤差信號(hào)值計(jì)算占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為負(fù)，后橋臂下開關(guān)管V4關(guān)斷，后橋臂上開關(guān)管V3導(dǎo)通，電源電壓為懸浮繞組反向充電記為“-”狀態(tài)，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_x極性為正，后橋臂下開關(guān)管V4開通，懸浮繞組進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)即為“0”狀態(tài)；此種三電平控制方式能有效減小輸出電流紋波，并快速跟隨給定電流值；通過(guò)控制H橋功率變換器各開關(guān)管的導(dǎo)通信號(hào)使它跟隨X軸方向給定懸浮電流，進(jìn)而控制X軸方向懸浮力；

Y軸方向，在PWM時(shí)間周期內(nèi)，實(shí)時(shí)采集徑向懸浮電流誤差信號(hào)值經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V8的占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為正，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V8的占空比為1，下開關(guān)管V8全開通，上開關(guān)管V7關(guān)斷，上下開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通；當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為負(fù)，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算H橋功率變換器后橋臂下開關(guān)管V8的占空比為0，下開關(guān)管V8關(guān)斷，上開關(guān)管V7開通；

在一個(gè)PWM周期內(nèi)，當(dāng)前橋臂上開關(guān)V5為導(dǎo)通狀態(tài)，后橋臂實(shí)時(shí)采集懸浮電流誤差信號(hào)值計(jì)算占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為正，后橋臂下開關(guān)管V8開通，電源電壓為懸浮繞組正向充電記為“+”狀態(tài)，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為負(fù)，后橋臂下開關(guān)管V8關(guān)斷，懸浮繞組進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)記為“0”狀態(tài)；

在一個(gè)PWM周期內(nèi)，當(dāng)前橋臂上開關(guān)V5為關(guān)斷狀態(tài)，后橋臂實(shí)時(shí)采集懸浮電流誤差信號(hào)值計(jì)算占空比，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為負(fù)，后橋臂下開關(guān)管V8關(guān)斷，后橋臂上開關(guān)管V7導(dǎo)通，電源電壓為懸浮繞組反向充電記為“-”狀態(tài)，當(dāng)誤差信號(hào)值Δi_y極性為正，后橋臂下開關(guān)管V8開通，懸浮繞組進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)即為“0”狀態(tài)；此種三電平控制方式能有效減小輸出電流紋波，并快速跟隨給定電流值；通過(guò)控制H橋功率變換器各開關(guān)管的導(dǎo)通信號(hào)使它跟隨Y軸方向給定懸浮電流，進(jìn)而控制Y軸方向懸浮力；

步驟D具體包括：步驟D-1，根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到轉(zhuǎn)子角速度ω；

步驟D-2，將轉(zhuǎn)子角速度ω與設(shè)定的參考角速度ω^*相比較，得到轉(zhuǎn)速差Δω；

步驟D-3，當(dāng)Δω≤ω₀時(shí)，ω₀為臨界角速度設(shè)定值，其由電機(jī)實(shí)際工況確定；所述轉(zhuǎn)速差Δω，通過(guò)PI控制器，獲得相繞組電流參考值i^*；關(guān)斷角θ_off固定不變，其中θ_off取值由電機(jī)結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定；

步驟D-4，當(dāng)Δω＞ω₀時(shí)，所述轉(zhuǎn)速差Δω，通過(guò)PI控制器，獲得開通角θ_on，此時(shí)不控制相繞組電流。