[發(fā)明專(zhuān)利]基于關(guān)斷角優(yōu)化的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110033773.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112886893B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高佳;周廣旭;宋寧冉;朱孟美;郭磊;慕永云;馬建輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/20
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/20;H02P21/00;H02P21/05;H02P21/22;H02P25/08;H02P25/098
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開(kāi)提供了一種基于關(guān)斷角優(yōu)化的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)，所述方案采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)關(guān)斷角進(jìn)行尋優(yōu)：在電機(jī)調(diào)速過(guò)程中設(shè)定開(kāi)通角為定值，設(shè)定關(guān)斷角變化范圍及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化范圍，在電機(jī)全速范圍中選擇部分代表性轉(zhuǎn)速，進(jìn)行電機(jī)控制試驗(yàn)，獲得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)率最小值下的最優(yōu)關(guān)斷角以及相應(yīng)的相電流峰值和電機(jī)轉(zhuǎn)速，并作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的樣本數(shù)據(jù)；同時(shí)，給定角速度與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速做差后經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)的參考轉(zhuǎn)矩，各相轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)與參考轉(zhuǎn)矩相乘得各相對(duì)應(yīng)的期望轉(zhuǎn)矩，采用轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制使各相轉(zhuǎn)矩跟蹤期望轉(zhuǎn)矩；所述方案采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化關(guān)斷角，結(jié)合轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，可在大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于關(guān)斷角優(yōu)化的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開(kāi)相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在牽引系統(tǒng)、工業(yè)和采礦、家用電器、運(yùn)動(dòng)控制以及汽車(chē)、航空航天以及飛機(jī)系統(tǒng)等應(yīng)用中受到越來(lái)越多的關(guān)注，因其具有以下固有優(yōu)勢(shì)：(1)電機(jī)結(jié)構(gòu)：SRM具有簡(jiǎn)單而堅(jiān)固的雙凸極定子/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，連續(xù)相的線圈之間沒(méi)有重疊，轉(zhuǎn)子既沒(méi)有繞組也沒(méi)有永磁體，定子極上有集中繞組；因此，電機(jī)易于安裝，非常適合高速、高振動(dòng)、高溫、惡劣環(huán)境等；(2)對(duì)于功率變換器：基于不對(duì)稱(chēng)橋的功率變換器可以避免傳統(tǒng)逆變器的直通故障，使各相完全獨(dú)立；因此，系統(tǒng)更加可靠，具有良好的容錯(cuò)能力；(3)控制方面：可以利用電流斬波控制(CCC)、脈寬調(diào)制(PWM)控制、角度位置控制(APC)等多種控制方法來(lái)控制斬波電流和開(kāi)關(guān)角度。

由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體的雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路的嚴(yán)重飽和而造成了嚴(yán)重的非線性以及變參數(shù)、變結(jié)構(gòu)，由此帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)、噪聲以及易遭受外部干擾等問(wèn)題尤為明顯，因此僅用傳統(tǒng)調(diào)節(jié)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的理想控制，極大影響了系統(tǒng)的可靠性和安全性。限制了它在伺服控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

針對(duì)SRM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問(wèn)題，現(xiàn)在有直接轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制、PWM斬波調(diào)壓控制、電流斬波控制等。這些控制方法都能在很大程度上抑制SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，其中轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)法(TSF)是目前應(yīng)用較為廣泛的一類(lèi)控制方法。為了減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，TSF法調(diào)節(jié)各個(gè)相的轉(zhuǎn)矩，在所有相之間分配參考轉(zhuǎn)矩，使合成瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩跟蹤由位置閉環(huán)或速度閉環(huán)控制器輸出的指令轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的TSF法采用固定的開(kāi)關(guān)角度，僅在低速運(yùn)行區(qū)有良好的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制效果。隨著轉(zhuǎn)速升高，運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)增大，對(duì)應(yīng)一定大小的相繞組外加電壓，所能獲得的相電流隨轉(zhuǎn)子位置的最大變化率將減小。若在較高速運(yùn)行時(shí)，相繞組外加電壓所能提供的相電流最大變化率達(dá)不到跟蹤期望電流的要求，TSF法抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果則較差。因此，優(yōu)化開(kāi)關(guān)角對(duì)于提高TSF法的效率和適用的轉(zhuǎn)速范圍非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)為了解決上述問(wèn)題，提供了一種基于關(guān)斷角優(yōu)化的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)，所述方案采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化關(guān)斷角，結(jié)合轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，可在大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的第一個(gè)方面，提供了一種基于關(guān)斷角優(yōu)化的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法，包括：

獲取電機(jī)各相轉(zhuǎn)子位置信息及各相電流值；

通過(guò)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊設(shè)定給定轉(zhuǎn)速；根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息計(jì)算電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，通過(guò)給定轉(zhuǎn)速與電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速作差，獲得速度偏差，并輸入速度控制器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)的參考轉(zhuǎn)矩；

根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息值和電流值獲得各相轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)；

各相轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)與所述參考轉(zhuǎn)矩相乘得到各相對(duì)應(yīng)的期望轉(zhuǎn)矩，其中，所述轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)中的關(guān)斷角參數(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、相電流峰值以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)率進(jìn)行優(yōu)化求解；

采用轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制使各相轉(zhuǎn)矩跟蹤所述期望轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化。