一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法

2024-03-07 23:53:15

專利名稱：一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法
技術領域：
本發明涉及一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，屬於開關磁阻電機的轉矩控制領域。
背景技術：
開關磁阻電機結構簡單堅固，啟動電流小、轉矩大，是 一種很有潛力的新型電機，但因其轉矩脈動和噪音較大，限制了該電機進一步的應用。如何抑制電機的轉矩脈動成為該種電機研究的熱點，而且從控制策略上改善電機的轉矩脈動是一個主要的研究方向。在已有技術中，傳統的電流斬波控制(CCC)、角度位置控制(APC)和電壓斬波控制(PWM)沒有將瞬時轉矩作為控制變量，不能夠很好控制輸出轉矩，容易造成較大的轉矩脈動，基於轉矩分配的瞬時轉矩控制方法以電機各相瞬時轉矩作為控制變量，將參考轉矩按固定的比例分配給電機各相，從而限制電機每相瞬時轉矩的變化，但是電機本身嚴重的非線性使得瞬時轉矩的變化規律較複雜，瞬時轉矩的上升和下降並不能始終按照分配函數所描述的軌跡變化，若某一相或兩相瞬時轉矩始終達不到該相參考轉矩，便會造成合成輸出轉矩小於參考轉矩，產生很大的轉矩跟蹤誤差。若設計在線更改形狀的分配函數，則會增加運算的複雜性。所以，此方法建立準確的轉矩分配函數難度較大。目前，各種控制方法均沒有直接針對電機的轉矩跟蹤誤差大小做出主動控制，來限制跟蹤誤差的大小。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，以期減少開關磁阻電機的輸出轉矩與參考轉矩之間的誤差，提高輸出轉矩的平滑度，從而減小電機的轉矩脈動。本發明解決的技術問題採用如下技術方案本發明一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法的特點是按如下步驟進行步驟一給定開關磁阻電機的參考轉矩T* ；步驟二 根據開關磁阻電機「角度-電流-轉矩」數據表，獲得開關磁阻電機在不同轉子角度9和每一相定子繞組的電流ik下所對應的瞬時轉矩Tk，k=0、l、2…n，k為電機的任意一相，n為電機總的相數；所述開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表是根據開關磁阻電機運轉時位置傳感器採集到的轉子角度e和電流傳感器採集到的每相定子繞組的電流ik利用式(I)離線計算所獲得的式(I)中，Rk為定子繞組電阻值，Uk為施加給定子繞組的電壓值，tk為每一相定子繞組的電流從0變化到ik的時間；
步驟三利用式⑵獲得電機導通的第m相參考轉矩T:為
m-1 nTm*= T*- (2+Z >Tk(2)
k=t k=m+l式(I)中，m為電機的導通相，m=0、l、2"*n ;步驟四根據所述開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表獲得所述導通相m的瞬時轉矩Tm，利用所述參考轉矩T1;,通過式(3)獲得m相的轉矩跟蹤誤差AT:A T=Tm - Tm* (3)·
步驟五比較轉矩跟蹤誤差A T與設定的轉矩跟蹤誤差限值e的大小，並根據比較結果調整導通相繞組的通斷狀態，限制轉矩跟蹤誤差AT的大小；步驟六利用式(4)獲得第m相定子導通期間轉矩跟蹤誤差的和E ATVat = J^kATdtk (4)根據所述單相導通區間內轉矩誤差的和E AT與所述轉矩跟蹤誤差限值e的大小調整開關磁阻電機的開通角，根據所述開關磁阻電機的開通角調整瞬時轉矩的峰值和幅值，減小轉矩跟蹤誤差。本發明所述的減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法的特點也在於所述步驟一中，開關磁阻電機電動運行時，所述參考轉矩T*為正；開關磁阻電機減速或制動運行時，所述參考轉矩T*為負；所述步驟五中，所述導通相繞組的通斷狀態調整按如下規則進行開關磁阻電機電動運行時若AT < e，保持導通相繞組的導通狀態不變；若AT
>￡，關斷導通相繞組；開關磁阻電機減速或制動運行時若AT彡-e，保持導通相繞組的導通狀態不變；若A T e時，延後開通角的位置，推遲下一相定子繞組導通時刻；當E AT e時，提前開通角的位置，提前下一相定子繞組導通時刻；當E AT<-e時，延後開通角的位置，推遲下一相定子繞組導通時亥Ij;當-e AT^ e時，保持開通角的位置不變；所述提前或延後開通角的位置按如下方法確定以所述第m相定子從導通區間內轉矩誤差的和E A T與所述轉矩跟蹤誤差限值e的差值作為輸入，採用模糊控制算法或者PID算法對所述開通角進行調整，獲得的輸出值即為開通角位置的變化量A 0。與已有技術相比，本發明有益效果體現在I、本發明利用開關磁阻電機的瞬時轉矩作為控制變量，可以有效地控制輸出轉矩，並抑制轉矩脈動；從而避免了電機在運行時產生較大轉矩跟蹤誤差。2、本發明採用了靈活的轉矩分配方式，達到對瞬時轉矩的控制，不拘泥於固定形狀的分配函數，從而較好地適應開關磁阻電機瞬時轉矩變化規律的複雜性，避免了現有分配方法需建立準確的轉矩分配函數的困難；3、本發明將轉矩跟蹤誤差作為控制變量，通過開通角度的在線調整限制跟蹤誤差的大小，使電機輸出的瞬時轉矩儘量小偏差地跟蹤參考轉矩，從而減小了電機轉矩脈動和噪聲。4、本發明具有運算速度快、操作方便、可靠性高、適應性強等特點，適用於各種相數、結構的開關磁阻電機，應用廣泛，能夠有效減小轉矩跟蹤誤差，從而保證了電機平穩運轉。


圖I是本發明實施例的流程圖；圖2是本發明實施例一中開關磁阻電機m相最小電感位置0°不意圖；圖3是本發明實施例一中開關磁阻電機m相轉子位置30°示意圖；·圖4是本發明實施例一中開關磁阻電機m相最大電感位置45°不意圖；圖5是本發明實施例一中開關磁阻電機m相轉子位置75°不意圖；圖6是本發明實施例一中開關磁阻電機m相最小電感位置90°不意圖；圖7是本發明實施例二中開關磁阻電機m相最小電感位置0°示意圖；圖8是本發明實施例二中開關磁阻電機m相轉子位置20°示意圖；圖9是本發明實施例二中開關磁阻電機m相最大電感位置30°示意圖；圖10是本發明實施例二中開關磁阻電機m相轉子位置50°示意圖；圖11是本發明實施例二中開關磁阻電機m相最小電感位置60°示意圖。
具體實施例方式實施例一本實施例中以三相6/4結構的開關磁阻電機為例，如圖I所示，包括以下步驟步驟一給定開關磁阻電機的參考轉矩T* ；開關磁阻電機電動運行時，參考轉矩T*為正；開關磁阻電機減速或制動運行時，參考轉矩T*為負；步驟二 根據開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表，獲得開關磁阻電機在不同轉子角度9和每一相定子繞組的電流ik下所對應的瞬時轉矩Tk，k=0、l、2…n，k為電機的任意一相，n為電機總的相數，本實施例中n=3 ；開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表是根據開關磁阻電機運轉時位置傳感器採集到的轉子角度0和電流傳感器採集到的每相定子繞組的電流ik利用式(I)離線計算所獲得的Tk=ieJo I (u丨〈-H)dtkdik(i)式(I)中，Rk為定子繞組電阻值，Uk為施加給定子繞組的電壓值，tk為每一相定子繞組的電流從0變化到ik的時間；步驟三利用式⑵獲得電機導通的第m相參考轉矩T:為
m-1 nTm*= r- (Z+Z K(2)
k=i k=m+l式(I)中，m為電機的導通相，m=0、l、2*"n ;
步驟四根據開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表獲得導通相m的瞬時轉矩Tm和參考轉矩TJ，利用式(3)獲得m相的轉矩跟蹤誤差AT:A T=Tm - Tm*(3)步驟五比較轉矩跟蹤誤差A T與設定的轉矩跟蹤誤差限值e的大小，並根據比較結果調整導通相繞組的通斷狀態，限制轉矩跟蹤誤差AT的大小；導通相繞組的通斷狀態調整按如下規則進行開關磁阻電機電動運行時若AT < e，保持導通相 繞組的導通狀態不變；若AT
>￡，關斷導通相繞組；開關磁阻電機減速或制動運行時若AT彡-e，保持導通相繞組的導通狀態不變；若A T e時，延後開通角的位置，推遲下一相定子繞組導通時刻，但不能滯後於關斷角的位置；當[AT e時，提前開通角的位置，提前下一相定子繞組導通時刻，最前可至最大電感的45°位置；當E AT e時，提前開通角的位置，提前下一相定子繞組導通時刻，最前可至最大電感的30°位置；此時，開關磁阻電機的關斷角固定於圖10所示的最小電感位置之前的50°位置不做調整。·
權利要求
1.一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，其特徵是按如下步驟進行 步驟一給定開關磁阻電機的參考轉矩T* ； 步驟二 根據開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表，獲得開關磁阻電機在不同轉子角度9和每一相定子繞組的電流ik下所對應的瞬時轉矩Tk，k=0、l、2-n，k為電機的任意一相，n為電機總的相數； 所述開關磁阻電機「角度一電流一轉矩」數據表是根據開關磁阻電機運轉時位置傳感器採集到的轉子角度0和電流傳感器採集到的每相定子繞組的電流ik利用式(I)離線計算所獲得的
2.根據權利要求I所述的減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，其特徵在於 所述步驟一中，開關磁阻電機電動運行時，所述參考轉矩T*為正；開關磁阻電機減速或制動運行時，所述參考轉矩T*為負。
3.根據權利要求I所述的減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，其特徵在於 所述步驟五中，所述導通相繞組的通斷狀態調整按如下規則進行 開關磁阻電機電動運行時若AT ￡，關斷導通相繞組； 開關磁阻電機減速或制動運行時若AT ≥ - e，保持導通相繞組的導通狀態不變；若AT <-e，關斷導通相繞組。
4.根據權利要求I所述的減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，其特徵在於 所述步驟六中，所述開關磁阻電機的開通角按如下方式進行調整 開關磁阻電機電動運行時若E AT> e時，延後開通角的位置，推遲下一相定子繞組導通時刻；當E AT e時，提前開通角的位置，提前下一相定子繞組導通時刻；當E AT<-e時，延後開通角的位置，推遲下一相定子繞組導通時刻；當-e SE ATS e時，保持開通角的位置不變； 所述提前或延後開通角的位置按如下方法確定以所述第m相定子從導通區間內轉矩誤差的和E AT與所述轉矩跟蹤誤差限值e的差值作為輸入，採用模糊控制算法或者PID算法對所述開通角進行調整，獲得的輸出值即為開通角位置的變化量A 0。
全文摘要
本發明公開了一種減小開關磁阻電機轉矩跟蹤誤差的方法，其特徵是採用靈活的轉矩分配方式，達到對瞬時轉矩的控制，並將轉矩跟蹤誤差的大小作為控制變量，通過開通角的在線調整限制跟蹤誤差的大小，使電機輸出的瞬時轉矩儘量小偏差地跟蹤參考轉矩，從而減小電機轉矩脈動和噪聲，保證電機平穩運轉。
文檔編號H02P6/10GK102790566SQ201210273359
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者張炳力, 徐國勝, 戚永武 申請人:合肥工業大學