[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

一種開關磁阻電機的改進電流預測控制方法，屬于開關磁阻電機控制技術領域。完成該控制方法的系統包括微控制器、三相開關磁阻電機、主電路是三相不對稱半橋結構的功率變換器、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。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。

技術領域

本發明屬于開關磁阻電機控制技術領域，主要針對開關磁阻電機電感的非線性特性，造成在有限的電流采樣頻率與控制頻率內電流難以控制的問題，提高電流控制準確性的方法。

背景技術

開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor，SRM)具有制造成本低廉，定轉子結構簡單、容錯性好等優良特性。電機調速系統一般采用轉速、電流雙閉環控制。一般常用的電流環控制方法有電流PI控制、模型預測電流控制等方法。

電流PI控制原理簡單、使用方便、適應性強、對被控對象電流變化不太敏。當更注重電機系統的可靠性時，電流PI控制具有較高的性價比。電流模型預測控制，因為其邏輯簡單、易處理非線性、多變量系統等優點逐漸受到關注。根據控制器的狀態組合與受控對象的物理特性，電流模型預測控制可依據預測結果直接產生功率變換器驅動信號，動態響應快；而且可以實現不斷滾動的局部優化；

但是電流PI控制忽略了開關磁阻電機的非線性特性，使電流控制具有一定的超調量。當對電機控制有較高快速性和控制精度要求時電流PI控制并不能滿足要求，而且現階段PI參數設定尚缺乏有效的理論來確定各項參數數值，實際中通常依靠大量的仿真和實驗進行調整，這同樣給電機控制帶來了一些問題。模型預測控制也存在一些缺點。計算量較大是一個缺點，這對控制板的運算能力提出了很高的要求。雖然可以滾動優化但是控制精度差，控制欠細膩難以達到較高控制精度不能消除系統靜態誤差。同時對采樣時間有較高的精確要求，采樣頻率較低，10kHz左右時不能對電機進行有效控制。因此需要發明一種針對開關磁阻電機電流控制具有較高控制精度、計算量較少、較高快速性的控制方法。

發明內容

本發明要解決的技術難題是，使電機控制擁有較高的快速性和控制精度的同時減少電機控制算法的計算量。當開關磁阻電機采樣頻率與控制頻率不是很高時，電機也能達到運行穩定、精準的控制方法。

本發明的技術方案：

一種開關磁阻電機的改進電流預測控制方法，完成該控制方法的開關磁阻驅動系統包括微控制器1、三相開關磁阻電機2、功率變換器3、PWM驅動單元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6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: