[發明專利]基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110033773.X
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112886893B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 高佳;周廣旭;宋寧冉;朱孟美;郭磊;慕永云;馬建輝
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/00;H02P21/05;H02P21/22;H02P25/08;H02P25/098
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，包括：

獲取電機各相轉子位置信息及各相電流值；

通過轉速設定模塊設定給定轉速，根據轉子位置信息計算電機當前轉速，通過給定角速度與電機當前轉速作差，獲得速度偏差，并輸入速度控制器進行PID調節，輸出轉矩分配函數的參考轉矩；

根據轉子位置和電流值獲得各相轉矩反饋信號；

各相轉矩分配函數與所述參考轉矩相乘得到各相對應的期望轉矩，其中，所述轉矩分配函數中的關斷角參數利用神經網絡算法根據電機轉速、相電流峰值以及轉矩脈動率進行優化求解；神經網絡模型的輸入為電機轉速、通電繞組相電流峰值以及轉矩脈動率，輸出為轉矩脈動最小化時的關斷角；

采用轉矩滯環控制使各相轉矩跟蹤所述期望轉矩，實現轉矩脈動最小化。

2.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，所述速度控制器輸出的參考矩陣如下所示：

其中，e為給定速度與反饋速度之差，k_p為比例系數，k_i為積分時間常數，k_d為微分時間常數。

3.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，所述轉矩反饋信號根據轉子位置和相電流采用外推插值方法查詢轉矩-角位置-相電流表獲得，而所述轉矩-角位置-相電流表數據則根據電機有限元仿真獲得。

4.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，所述轉矩分配函數為關于開通角、關斷角、換相相電流重疊角的函數，這里采用立方型轉矩分配函數法，在一個轉子角周期τ_r內，第l相轉矩的立方型分配函數為

其中，θ為轉子位置，θ_on為開通角，θ_off為關斷角，θ_ov為相鄰兩相的換相重疊角。

5.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，所述滯環控制中滯環寬度2△T取值為0.02N*m，避免其值過小時開關頻率過高引起過大開關損耗。

6.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，為了量化電機轉矩脈動，定義轉矩脈動率k_T為：

其中，T_max、T_min分別為合成瞬時轉矩的最大值、最小值；T_avg為合成轉矩的平均值。

7.如權利要求1所述的基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法，其特征在于，所述神經網絡模型的訓練數據是通過測試電機不同的運行工況，獲得轉矩脈動最小化時的關斷角、電機轉矩以及相繞組電流峰值，作為神經網絡訓練的樣本數據。

8.一種基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制系統，其特征在于，包括：

轉子位置檢測模塊，其用于獲取電機各相轉子位置信息；

相電流檢測模塊，其用于獲取電機各相電流信息；

速度控制模塊，其用于通過轉速設定模塊設定給定轉速，根據轉子位置信息計算電機當前轉速，通過給定角速度與電機當前轉速作差，獲得速度偏差，并輸入速度控制器進行PID調節，輸出轉矩分配函數的參考轉矩；

轉矩估算模塊，其用于根據轉子位置和電流值獲得各相轉矩反饋信號；

期望矩陣求解模塊，其用于各相轉矩分配函數與所述參考轉矩相乘得到各相對應的期望轉矩，其中，所述轉矩分配函數中的關斷角參數利用神經網絡算法根據電機轉速、相電流峰值以及轉矩脈動率進行優化求解；神經網絡模型的輸入為電機轉速、通電繞組相電流峰值以及轉矩脈動率，輸出為轉矩脈動最小化時的關斷角；

滯環控制模塊，其用于采用轉矩滯環控制使各相轉矩跟蹤所述期望轉矩，實現轉矩脈動最小化。

9.一種開關磁阻電機，其特征在于，包括如權利要求8所述的一種基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制系統，且執行如權利要求1-7任一項所述的一種基于關斷角優化的開關磁阻電機轉矩控制方法。