[發明專利]無軸承開關磁阻電機的全周期懸浮及轉矩補償控制方法

有效

• 申請號: 202110386784.6
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN112865663B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 劉澤遠;陳梅;梁智;蔣偉;王振
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02P25/08
• 分類號: H02P25/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 范青青

1.一種無軸承開關磁阻電機的全周期懸浮及轉矩補償控制方法，其特征是：所述無軸承開關磁阻電機包括定子和轉子；

所述定子為帶有多個定子齒的凸極結構，且每個定子齒上均設有一套繞組；

所述轉子由用于產生懸浮力的圓柱轉子和用于產生轉矩和懸浮力的凸極轉子構成；

所述繞組包括A、B、C三相繞組，A相繞組由空間上相差90°且獨立控制的四個繞組構成；B、C相繞組由空間上相差90°的四個繞組串聯而成，所述A、B、C三相繞組空間上各自相差30°，所述A相繞組全周期導通，不對稱勵磁并產生轉矩和懸浮力，所述B、C相繞組各自導通且僅產生轉矩；

所述無軸承開關磁阻電機的全周期懸浮及轉矩補償控制方法，具體步驟如下：

步驟A，根據轉子的位置角θ，以獲取A、B、C三相繞組各自的勵磁區間；

步驟B，計算轉子的實時位移信號差，并將信號差經過比例積分微分控制器，以獲取A相繞組所需懸浮力的給定值；

步驟C，計算轉子的轉速差，并通過比例積分微分控制器，以獲取電流斬波限值i_p^*；

步驟D，根據A相繞組所處勵磁區間，計算獲取A相繞組給定轉矩勵磁電流i_ma^*；

步驟E，根據A相繞組給定轉矩勵磁電流i_ma^*，獲取B相繞組給定轉矩勵磁電流i_mb^*；

步驟F，獲取C相繞組給定轉矩勵磁電流i_mc^*；

步驟G，利用電流斬波控制方法，實時采集A、B、C各相的實際轉矩電流i_ma、i_mb、i_mc，并使其分別跟蹤各相的給定轉矩勵磁電流i_ma^*、i_mb^*、i_mc^*，進而實現轉矩調節；

步驟H，利用電流斬波控制方法，實時采集A相各繞組的實際電流i_a1～i_a4，并使其跟蹤給定電流i_a1^*～i_a4^*，進而實現懸浮力調節；

所述步驟D包括：

步驟D-1，根據實時檢測的轉子的位置角θ，判斷A相繞組所處勵磁區間；

步驟D-2，當即A相繞組處于電感上升區時，此時A相繞組產生正轉矩；根據復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的懸浮力計算公式以及轉矩計算公式解算得

令得到當即A相繞組處于電感上升區時的給定轉矩勵磁電流

其中，i_sa1^*為A相繞組在X軸方向的給定懸浮電流；i_sa2^*為A相繞組在Y軸方向的給定懸浮電流；N為線圈匝數，K_f1(θ)為凸極轉子懸浮力系數，K_f2為圓柱轉子懸浮力系數，J_t(θ)為轉矩系數，在電感上升區表示為：在電感下降區表示為式中μ₀為真空磁導率，r為凸極轉子半徑，l₀為氣隙平均長度，h為凸極轉子軸向長度，h_M為圓柱轉子的軸向長度，c為常數1.49；i_sa1為A相繞組在X軸方向的懸浮電流，i_sa2為A相繞組在Y軸方向的懸浮電流；K_f為所述電機的總懸浮力系數，其表達式為K_f＝4N²(K_f1(θ)+K_f2)；

步驟D-3，當即A相繞組處于電感下降區時，此時A相繞組產生負轉矩；在A相繞組電感下降區，根據復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的轉矩計算公式，并對其求偏導解算出A相繞組在電感下降區產生最小負轉矩的給定轉矩勵磁電流；轉矩表達式：對其求偏導：求得A相繞組在電感下降區產生最小負轉矩的給定轉矩勵磁電流

步驟D-4，當和即A相繞組處于電感平頂區時的轉矩勵磁電流根據平均轉矩公式解算得到；A相繞組在導通區間的平均轉矩為解算得到當時，A相繞組在導通區間的平均轉矩為解算得到當時，