[發(fā)明專利]一種開關(guān)磁阻電機(jī)的改進(jìn)電流預(yù)測控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110149495.4
• 申請(qǐng)日: 2021-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN112968647B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白鳳仙;杜呼和;孫建忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/22
• 分類號(hào): H02P21/22;H02P21/00;H02P25/098;H02P25/092;H02P25/08
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

一種開關(guān)磁阻電機(jī)的改進(jìn)電流預(yù)測控制方法，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。完成該控制方法的系統(tǒng)包括微控制器、三相開關(guān)磁阻電機(jī)、主電路是三相不對(duì)稱半橋結(jié)構(gòu)的功率變換器、PWM驅(qū)動(dòng)單元、電流傳感器及電流檢測濾波電路、位置檢測單元。開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)控制通過位置檢測單元計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速，參考轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速做差經(jīng)過PI控制器得到參考電流。內(nèi)環(huán)是電流環(huán)控制，有限元分析得到電感、電流和轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系，相電流和轉(zhuǎn)子位置角通過二維查表法得到對(duì)應(yīng)的相電感值，以及電機(jī)的控制頻率。通過上述條件得到相應(yīng)預(yù)測電流區(qū)間，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)開關(guān)狀態(tài)的精準(zhǔn)時(shí)間，作為導(dǎo)通相的PWM導(dǎo)通信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于開關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，主要針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)電感的非線性特性，造成在有限的電流采樣頻率與控制頻率內(nèi)電流難以控制的問題，提高電流控制準(zhǔn)確性的方法。

背景技術(shù)

開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor，SRM)具有制造成本低廉，定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、容錯(cuò)性好等優(yōu)良特性。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。一般常用的電流環(huán)控制方法有電流PI控制、模型預(yù)測電流控制等方法。

電流PI控制原理簡單、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)被控對(duì)象電流變化不太敏。當(dāng)更注重電機(jī)系統(tǒng)的可靠性時(shí)，電流PI控制具有較高的性價(jià)比。電流模型預(yù)測控制，因?yàn)槠溥壿嫼唵?、易處理非線性、多變量系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到關(guān)注。根據(jù)控制器的狀態(tài)組合與受控對(duì)象的物理特性，電流模型預(yù)測控制可依據(jù)預(yù)測結(jié)果直接產(chǎn)生功率變換器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；而且可以實(shí)現(xiàn)不斷滾動(dòng)的局部優(yōu)化；

但是電流PI控制忽略了開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性，使電流控制具有一定的超調(diào)量。當(dāng)對(duì)電機(jī)控制有較高快速性和控制精度要求時(shí)電流PI控制并不能滿足要求，而且現(xiàn)階段PI參數(shù)設(shè)定尚缺乏有效的理論來確定各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值，實(shí)際中通常依靠大量的仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，這同樣給電機(jī)控制帶來了一些問題。模型預(yù)測控制也存在一些缺點(diǎn)。計(jì)算量較大是一個(gè)缺點(diǎn)，這對(duì)控制板的運(yùn)算能力提出了很高的要求。雖然可以滾動(dòng)優(yōu)化但是控制精度差，控制欠細(xì)膩難以達(dá)到較高控制精度不能消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差。同時(shí)對(duì)采樣時(shí)間有較高的精確要求，采樣頻率較低，10kHz左右時(shí)不能對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效控制。因此需要發(fā)明一種針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)電流控制具有較高控制精度、計(jì)算量較少、較高快速性的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是，使電機(jī)控制擁有較高的快速性和控制精度的同時(shí)減少電機(jī)控制算法的計(jì)算量。當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)采樣頻率與控制頻率不是很高時(shí)，電機(jī)也能達(dá)到運(yùn)行穩(wěn)定、精準(zhǔn)的控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種開關(guān)磁阻電機(jī)的改進(jìn)電流預(yù)測控制方法，完成該控制方法的開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括微控制器1、三相開關(guān)磁阻電機(jī)2、功率變換器3、PWM驅(qū)動(dòng)單元4、電流傳感器及電流檢測濾波電路5、位置檢測單元6；其中，功率變換器3的主電路是三相不對(duì)稱半橋結(jié)構(gòu)；開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)控制通過位置檢測單元6計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速，參考轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速做差經(jīng)過PI控制器得到參考電流。內(nèi)環(huán)是電流環(huán)控制，有限元分析得到電感、電流和轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系，相電流和轉(zhuǎn)子位置角通過二維查表法得到對(duì)應(yīng)的相電感值，以及電機(jī)的控制頻率。通過上述條件得到相應(yīng)預(yù)測電流區(qū)間，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)開關(guān)狀態(tài)的精準(zhǔn)時(shí)間，作為導(dǎo)通相的PWM導(dǎo)通信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。具體方法如下：

(1)預(yù)測模型的建立

SRM功率變換器每相橋臂由2個(gè)IGBT組成，IGBT有斷開和閉合2種狀態(tài)。定義功率變換器上、下橋臂IGBT同時(shí)閉合狀態(tài)為1，上橋臂IGBT斷開下橋臂IGBT閉合狀態(tài)為0，上下橋臂IGBT同時(shí)斷開狀態(tài)為-1。因此，每相功率變換器共有3種開關(guān)狀態(tài)。SRM實(shí)際相電壓在功率變換器3種開關(guān)狀態(tài)下的相電壓分別計(jì)算為: