[發明專利]一種開關磁阻電機的改進電流預測控制方法

有效

• 申請號: 202110149495.4
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112968647B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 白鳳仙;杜呼和;孫建忠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/00;H02P25/098;H02P25/092;H02P25/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

1.一種開關磁阻電機的改進電流預測控制方法，其特征在于，完成該控制方法的開關磁阻驅動系統包括微控制器、三相開關磁阻電機、功率變換器、PWM驅動單元、電流傳感器及電流檢測濾波電路、位置檢測單元；其中，功率變換器的主電路是三相不對稱半橋結構；開關磁阻驅動系統采用雙閉環控制系統，外環是轉速環控制通過位置檢測單元計算實際轉速，參考轉速和實際轉速做差經過PI控制器得到參考電流；內環是電流環控制，有限元分析得到電感、電流和轉子位置角的關系，相電流和轉子位置角通過二維查表法得到對應的相電感值，以及電機的控制頻率；通過上述條件得到相應預測電流區間，進而計算出每個開關狀態的精準時間，作為導通相的PWM導通信號，用于驅動電機；具體方法如下：

(1)預測模型的建立

SRM功率變換器每相橋臂由2個IGBT組成，IGBT有斷開和閉合2種狀態；定義功率變換器上、下橋臂IGBT同時閉合狀態為1，上橋臂IGBT斷開下橋臂IGBT閉合狀態為0，上下橋臂IGBT同時斷開狀態為-1；因此，每相功率變換器共有3種開關狀態；SRM實際相電壓在功率變換器3種開關狀態下的相電壓分別計算為:

式中:U_on是IGBT上橋臂下橋臂同時閉合；U_off是IGBT上橋臂斷開下橋臂閉合；U_down是IGBT上橋臂下橋臂同時斷開；U_dc為母線電壓；U₁為IGBT管壓降；U_D為二極管壓降；U_R為相電阻壓降；

根據基爾霍夫電壓定律可得電機相繞組電壓方程：

其中，U為相繞組兩端電壓，R為回路中電阻值，i為流過相繞組電流值，ψ為磁鏈值；

由于ψ＝Li，而電感又隨位置、電流而變化，因此有：

式(3)中，右邊第一項為繞組中電阻壓降，第二項為電流變化產生的感應電動勢，第三項為轉子位置變化產生的運動反電動勢；

忽略運動反電動勢和電阻壓降，因此有：

根據方程(4)，采用前向歐拉法離散法，可得電機離散化模型為：

其中，T_s為采樣時間，L為電感值；

(2)建立預測電流和參考電流關系

根據公式(1)和(5)可得：

式中：i_on(k+1)是相電壓U_on情況下預測到的電流；i_off(k+1)是相電壓U_off情況下預測到的電流；i_down(k+1)是相電壓U_down情況下預測到的電流；預測電流和參考電流關系如下：

情況1：預測電流和參考電流關系為i_ref＞i_on(k+1)時，功率變換器狀態為1；

情況2：預測電流和參考電流關系為0＜i_ref＜i_on(k+1)時，功率變換器狀態為0，1；

情況3：預測電流和參考電流關系為i_off(k+1)＜i_ref＜0時，功率變換器狀態為0；

情況4：預測電流和參考電流關系為i_down(k+1)＜i_ref＜i_off(k+1)時，功率變換器狀態為0，-1；

情況5：預測電流和參考電流關系為i_ref＜i_down(k+1)時，功率變換器狀態為-1；其中，i_ref是通過轉速環得到的參考電流；

(3)計算精準占空比

在步驟(2)的1、3、5情況下的功率變換器狀態只有一個量，所以在采樣時間T_s內功率變換器一直保持開通、續流或者關斷；然而在2、4情況下的功率變換器是兩個狀態的組合所以需要引入PWM占空比；

根據公式(5)、(6)變形可得：

根據公式(7)、(8)可以分別求出情況2和4的精準PWM占空比；