[發(fā)明專利]一種直線旋轉開關磁阻電機轉矩和軸向力直接控制方法

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• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114629410A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 曹鑫;何洲輝;鄧智泉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P21/20;H02P21/14;H02P25/098
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張寧馨

本發(fā)明公開了一種直線旋轉開關磁阻電機轉矩和軸向力直接控制方法，首先通過計算確定磁鏈矢量所在扇區(qū)，基于磁鏈滯環(huán)信號和轉矩滯環(huán)信號，確定控制所需的電壓矢量；然后選擇轉子位置在(?15°，15°)的控制區(qū)間內控制軸向力，并根據(jù)軸向力滯環(huán)信號選擇相應的軸向力電壓矢量，最后根據(jù)所有電壓矢量符號來決定各個功率變換器開關管的工作模態(tài)；本發(fā)明通過直接控制電機的轉矩與軸向力，極大得減小了轉矩與軸向力脈動，也使系統(tǒng)響應更迅速；對轉矩和軸向力分別建立轉矩繞組與軸向力繞組的工作模態(tài)，建立轉矩電壓矢量與軸向力電壓矢量，矢量選擇更合理，此外在控制過程中不進行模型解算，控制精度不依賴于解析模型，提高了系統(tǒng)響應速度，簡化了控制策略。

技術領域

本發(fā)明涉及線旋轉開關磁阻電機控制技術領域，主要涉及一種直線旋轉開關磁阻電機轉矩和軸向力直接控制方法。

背景技術

直線旋轉開關磁阻電機(LRSRM)是在傳統(tǒng)開關磁阻電機的基礎上，引入磁懸浮技術思想轉化形成的一種新型電機，該電機不僅可以在周向實現(xiàn)旋轉運動，而且可以在軸向實現(xiàn)直線運動。一方面，由于將直線運動與旋轉運動集成一于體，因此極大地降低了傳動裝置的體積，提高了功率密度；另一方面，由于開關磁阻電機具備結構簡單，成本低廉，耐高溫，容錯率高等優(yōu)點，因此，直線旋轉開關磁阻電機適用于航空航天、機器人關節(jié)、探針定位、數(shù)控機床等領域。

該電機在定子齒極上有兩套繞組，其中一套繞組橫向繞制在兩個定子齒上以產(chǎn)生主磁場，用來產(chǎn)生轉矩；另外一套繞組在一個定子齒極上同向繞制，在另一個定子齒極上反向繞制，用以產(chǎn)生不平衡的磁拉力，通過調節(jié)這兩套繞組中的電流大小，可以實現(xiàn)直線旋轉開關磁阻電機的旋轉與直線運動。

由于直線旋轉開關磁阻電機的結構特點，使得轉矩與軸向力之間存在著耦合。對直線旋轉開關磁阻電機而言，現(xiàn)行的控制方法是通過轉矩和軸向力的數(shù)學模型解算出各齒極繞組電流的大小，再將其分配到對應的繞組導通區(qū)間，從而進行滯環(huán)控制。但該方法受模型精度影響較大，存在轉矩和軸向力脈動大，直線運動響應速度慢，控制復雜等缺點。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：針對上述背景技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種直線旋轉開關磁阻電機轉矩和軸向力直接控制方法，該方法不再對電機模型進行電流解算，而是直接對電機的轉矩與軸向力進行控制，使得轉矩和軸向力的脈動更小，且沒有采用解算環(huán)節(jié)，系統(tǒng)響應更加迅速。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種直線旋轉開關磁阻電機轉矩和軸向力直接控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、通過控制直線旋轉開關磁阻電機LRSRM兩套繞組等效總磁通，計算確定磁鏈矢量所在扇區(qū)；通過功率電路開關管的通斷，分別控制轉矩繞組電流it與軸向力電流i_f，進而計算轉矩T_total，將轉矩T_total與預設閾值比較，將差值作為轉矩滯環(huán)信號；計算磁鏈信號ψ_s并與預設閾值比較，將差值作為磁鏈滯環(huán)信號；基于計算得出的磁鏈滯環(huán)信號和轉矩滯環(huán)信號，確定所需的電壓矢量；具體地，當磁鏈滯環(huán)信號需要增大磁鏈時，選取與當前磁鏈夾角小于90°的電壓矢量，當磁鏈滯環(huán)信號需要減小磁鏈時，選取與當前磁鏈夾角大于90°的電壓矢量；當轉矩滯環(huán)信號需要增大轉矩時，選取超前磁鏈的電壓矢量，當轉矩滯環(huán)信號需要減小轉矩時，選取滯后磁鏈的電壓矢量；

步驟S2、選擇轉子位置在(-15°，15°)的控制區(qū)間內控制軸向力，三相繞組依次導通30°；通過功率電路開關管的通斷，分別控制轉矩繞組電流i_t與軸向力電流i_f，進而計算軸向力F_total，將軸向力F_total與預設閾值比較，將差值作為轉矩滯環(huán)信號；當軸向力滯環(huán)信號需要增大軸向力時，導通對應相軸向力繞組的兩個開關管；當軸向力滯環(huán)信號需要減小軸向力時，同時關斷對應相軸向力繞組的兩個開關管；當轉子位置不在控制區(qū)間內時，控制繞組不工作；