[發明專利]一種開關磁阻電機模型預測轉矩和徑向力控制方法

有效

• 申請號: 202110961817.5
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113746397B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 葛樂飛;鐘繼析;劉海洋;宋受俊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02P25/08
• 分類號: H02P25/08;H02P25/098;H02P23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種開關磁阻電機模型預測轉矩和徑向力控制方法。該方法需要通過離線測量獲取開關磁阻電機的電感特性、轉矩特性，以及通過有限元仿真獲取徑向力特性。根據當前位置、轉速和電流信息，結合開關狀態查表預測下一時刻的電流和位置信息，為進行延時補償，需再進一步預測電流和位置信息，然后查表獲取各開關狀態下的轉矩和徑向力并帶入成本函數，以成本函數值最小的運行狀態為最優狀態作為開關信號控制功率變換器中的開關，由此達到轉矩脈動和振動同時抑制的效果。仿真結果驗證了所述方法的有效性，所述方法控制邏輯簡單、轉矩脈動和振動抑制效果明顯及易于工程實現。

技術領域

本發明涉及一種開關磁阻電機模型預測轉矩和徑向力控制方法，屬于電機控制領域。

背景技術

開關磁阻電機具有結構簡單、成本低、運行可靠、控制靈活、調速范圍寬、效率高等優點，被廣泛應用于電動汽車、家用電器、航空航天、工業傳動等領域。然而，由于其電磁特性的高度非線性，開關磁阻電機存在轉矩脈動和伺服振動等缺點，這些缺點限制了其應用領域。因此為提高開關磁阻電機調速系統的性能，抑制轉矩脈動和振動已成為開關磁阻電機的研究熱點。

目前常用的減小轉矩脈動的方法主要有轉矩分配函數、相電流PI控制器、直接轉矩控制和直接瞬時轉矩控制等，這些方法都各有利弊。振動是開關磁阻電機噪聲的主要來源。由于雙凸極結構和非連續相電流的存在，在換向過程中，開關磁阻電機的徑向力會發生劇烈變化，導致定子周期性變形后產生伺服振動，因此控制徑向力脈動是抑制振動的主要切入點。目前抑制振動的方法包括：兩步換相法、三步換相法、三角脈寬策略、單脈沖推進策略和直接瞬時力控制等控制技術。上述方法在轉矩脈動和振動噪聲方面都只針對一個目標，一種控制方法對一個控制目標產生積極的影響，但往往會產生消極的影響。

模型預測控制通過構建成本函數，直觀方便地實現多目標優化，在開關磁阻電機控制中受到越來越多的關注。通過構建開關磁阻電機轉矩和徑向力的成本函數，模型預測控制既同時解決轉矩脈動和振動的問題，對提高開關磁阻電機適用性和調速性能有著重要作用。

發明內容

針對開關磁阻電機轉矩脈動和振動抑制技術。本發明提出了一種開關磁阻電機模型預測轉矩和徑向力控制方法。該方法需要通過離線測量獲取開關磁阻電機的電感特性、轉矩特性，以及通過有限元仿真獲取徑向力特性。根據當前位置、轉速和電流信息，結合開關狀態查表預測下一時刻的電流和位置信息，為進行延時補償，需再進一步預測電流和位置信息，然后查表獲取各開關狀態下的轉矩和徑向力并帶入成本函數，以成本函數值最小的運行狀態為最優狀態作為開關信號控制功率變換器中的開關，由此達到轉矩脈動和振動同時抑制的效果。

本發明的技術方案如下：

所述一種開關磁阻電機模型預測轉矩和徑向力控制方法，包括以下步驟：

步驟1：給定參考轉矩T_ref和參考徑向力F_ref，在閉環系統中，T_ref可由轉速環PI調節器輸出得到；通過轉子固定夾持法獲取開關磁阻電機電感特性、磁鏈特性和轉矩特性，通過有限元仿真得到徑向力特性，根據以上特性構建數據表L_ph(i_ph,θ)、e_ph(i_ph,θ)、T_ph(i_ph,θ)和F_ph(i_ph,θ)；其中，L_ph、e_ph、T_ph、F_ph、i_ph、θ分別表示開關磁阻電機相電感、反電動勢系數、相轉矩、相徑向力、相電流和轉子位置；反電動勢系數計算公式為：

步驟2：采集電機在k時刻的轉子位置θ(k)、相電流i_ph(k)和轉速ω(k)的值；