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一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统及方法技术方案

技术编号:20080855 阅读:25 留言:0更新日期:2019-01-15 02:31
本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统及方法,包括转速模糊PI调节器、开关表模块、SRM电机、功率变换器和电源,转速模糊PI调节器经滞环比较器与开关表模块连接,开关表模块经功率变换器与SRM电机的输入端连接,电源与功率变换器连接;SRM电机的输出端分三路,一路与给定转速比较后发送至转速模糊PI调节器,第二路经转矩估算模块后与转速模糊PI调节器输出的转速进行比较后经一个滞环比较器发送至开关表模块;第三路经磁链估算模块后一路与给定磁链值比较后经一个滞环比较器发送至开关表,另一路经区域判断模块发送至开关表。本发明专利技术改善了系统的动静态性能。本发明专利技术成果对于降低开关磁阻电机的运行噪声和转矩脉动具有十分重要的意义。

A Fuzzy PI Control System for Direct Torque of Switched Reluctance Motor and Its Method

The invention discloses a direct torque fuzzy PI control system and method for switched reluctance motor, including speed fuzzy PI regulator, switching meter module, SRM motor, power converter and power supply, speed fuzzy PI regulator is connected with switching meter module through hysteresis comparator, switching meter module is connected with input end of SRM motor through power converter, power supply is connected with power converter; The output of the machine is divided into three routes, one is sent to the speed fuzzy PI regulator after comparing with the given speed, the second is sent to the switching table module by a hysteresis comparator after comparing the output speed of the torque estimation module with the speed fuzzy PI regulator, the third is sent to the switching table by a hysteresis comparator after comparing the flux estimation module with the given value of the flux linkage, and the other is sent to the switching table by a hysteresis comparator. Passage area judgment module is sent to switch table. The invention improves the dynamic and static performance of the system. The results of the invention are of great significance for reducing the operation noise and the torque ripple of the switched reluctance motor.

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统及方法
本专利技术属于电气工程
,具体涉及一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统及方法。
技术介绍
开关磁阻电机由于具有结构简单、容错力强、起动性能好、过载力强等优点适用于工作环境恶劣要求启动转矩大、过载力强且能够安全可靠频繁起、制动的矿用机车驱动系统中。由于SRM的双凸极结构和开关形式的通电方式,使其转矩脉动较其它传统电机严重。因此,研究减少开关磁阻电机的转矩脉动方法,简化其控制策略便成了开关磁阻电机研究的关键性问题。本系统以直接转矩控制为目的,通过检测开关磁阻电机定子电压和电流,依据空间矢量理论计算出电机的瞬时磁链和转矩,与给定值进行比较后对其偏差进行滞环控制。将转矩脉动限制在允许的范围内,提升矿用机车系统运行的可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统及方法,采用双闭环控制,外环是速度环,内环是转矩环,其中速度环的作用是对速度进行模糊PI调节,速度调节器的输出作为转矩的给定值,转矩内环对转矩误差、磁链误差和区间信号应用直接转矩控制原理进行功率变换器的开关控制,为开关磁阻电机各相提供能量。本专利技术采用以下技术方案:一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,包括转速模糊PI调节器、开关表模块、SRM电机、功率变换器和电源,转速模糊PI调节器经滞环比较器与开关表模块连接,开关表模块经功率变换器与SRM电机的输入端连接,电源与功率变换器连接;SRM电机的输出端分三路,一路与给定转速比较后发送至转速模糊PI调节器,第二路经转矩估算模块后与转速模糊PI调节器输出的转速进行比较后经一个滞环比较器发送至开关表模块;第三路经磁链估算模块后一路与给定磁链值比较后经一个滞环比较器发送至开关表,另一路经区域判断模块发送至开关表。一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制方法,利用所述的开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,采用双闭环控制,外环是速度环,内环是转矩环,速度环对速度进行模糊PI调节,转速模糊PI调节器的输出作为转矩的给定值;转矩环对转矩误差、磁链误差和区间信号应用直接转矩控制原理进行功率变换器的开关控制,为开关磁阻电机各相提供能量。具体的,内环采用直接转矩控制,具体包括开关表模块控制、转矩估算模块控制、区域判断模块以及磁链控制、转矩滞环模块控制;开关表模块控制为:通过选择电压矢量,同时考虑磁链和转矩的变化,将磁链和转矩的变化关系进行归纳,控制功率变换器中功率开关的开通或关断状态;转矩估算模块为:根据检测得到的θ、i通过T(θ,i)函数关系得到各相转矩T,再对得到的各相转矩求和,求出开关磁阻电机总的瞬时转矩;区域判断模块为:根据计算得到的磁链角δ的大小和三相开关磁阻电机空间矢量的分布,对应判断出磁链矢量所在区域;磁链、转矩滞环模块为:磁链、转矩调节器采用滞环模块,当偏差超出滞环环宽时,若偏差值为正,滞环比较器输出为1,使磁链、转矩值增加;若偏差值为负,滞环比较器输出为0,使磁链、转矩减小。进一步的,磁链、转矩滞环宽度分别取0.01、0.1。进一步的,开关表模块控制中,根据磁链估算模块uk得出绕组电流、电压和定子磁链的关系式,建立出电机定子磁链计算部分的模型,经磁链变换后得出瞬时磁链的幅值、磁链角δ;SRM电机三相定子坐标系A轴正向与空间矢量a轴一致时,用坐标变换把三相坐标变换成两相坐标系,得到磁链变换模块的变换公式。进一步的,磁链估算模块uk计算公式如下:其中,RK为第K相绕组内阻,ik为为第K相绕组电流,ek为第k相绕组电动势,为第k相绕组磁链,θ为第k相绕组与转子之间的相对位置角。更进一步的,绕组电流、电压和定子磁链的关系式为:其中,为定子磁链,U为定子绕组端电压,i为定子绕组电流,Rs为电子绕组内阻。更进一步的,磁链变换模块的变换公式如下:其中,为总磁链在空间矢量坐标系实轴α方向的分量,为总磁链在在空间矢量坐标系虚轴β轴方向的分量,为c相绕组的磁链,为b相绕组磁链,为a相绕组磁链,δ为磁链角。具体的,外环采用转速模糊PI控制,当系统转速误差大时采用模糊控制器,当转速误差小于设定值时,切换到PI控制器;模糊控制器以转速误差e及误差变化量ec为输入,根据模糊规则进行模糊推理后,再通过反模糊化,得到精确的控制变量。与现有技术相比,本专利技术至少具有以下有益效果:本专利技术一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,包括转速模糊PI调节器、开关表模块、SRM电机、功率变换器和电源,系统的速度控制器采用模糊PI复合控制技术,不仅可直接为转矩控制内环提供参考的期望转矩及磁链,有充分利用了模糊控制及PI控制的优点,有利于提高系统的动、静态性能。内环对转矩进行直接控制,输出相应的绕组电压信号,使控制更为直接有效。本专利技术一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制方法,采用双闭环控制,外环是速度环,内环是转矩环,速度环对速度进行模糊PI调节,转速模糊PI调节器的输出作为转矩的给定值;转矩环对转矩误差、磁链误差和区间信号应用直接转矩控制原理进行功率变换器的开关控制,为开关磁阻电机各相提供能量,。进一步的,内环采用直接转矩控制,将电机速度映射到电机转矩上以后,直接对转矩进行控制,不再转换成电流调节,而是对转矩直接控制后输出相应的电压信号,直接调节绕组相电压,控制更为直接有效。且直接转矩控制策略所需的给定转矩与给定磁链均由速度环得出,不用随系统速度的不同去转换控制策略,适合于全速度范围。进一步的,滞环的宽度直接影响SRM转矩脉动的波动范围,环宽过宽时,跟踪误差大;环宽过窄时,跟踪误差小,但开关频率高,开关损耗大。根据实际磁链和转矩的大小,考虑系统控制精度、转换效率和转矩波动范围等因素,将磁链、转矩滞环宽度分别取为0.01、0.1。进一步的,由磁链变换模块的变换公式可以得到δ的大小,根据δ的大小和三相开关磁阻电机空间矢量分布便可判断出磁链矢量所在区域。进一步的,由于开关磁阻电机的非线性、变结构特性,常规的PI调节在开关磁阻电机速度调节中难以确定控制器的调节参数。而模糊控制适用于控制复杂的非线性系统,对参数变化具有稳健性,抗干扰能力强,能保证系统的稳定性和良好的动态性能。但是模糊控制存在控制盲区,本文采用模糊PI复合的控制方法,既解决了系统调节参数难以确定的问题,也克服了模糊控制的控制盲区,使系统的动、静态特性均优于单一的控制方法。综上所述,本专利技术引入直接转矩控制策略,把电机速度调节映射到转矩调节上得到电机期望转矩,直接对转矩进行控制,把转矩、磁链的变化要求通过开关表反映到开关磁阻电机各绕组相主开关器件的通断上,控制了加在电机各相绕组上的电压,使得控制更加直接有效。速度调节器采用模糊PI控制技术,明显改善了系统的动静态性能。本专利技术成果对于降低开关磁阻电机的运行噪声和转矩脉动具有十分重要的意义。下面通过附图和实施例,对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统结构示意框图;图2为开关磁阻电机模糊PI控制框图。具体实施方式请参阅图1,本专利技术提供了一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,包括转速模糊PI调节器、功率变换器、开关表、SRM电机、转矩与磁链估算、转矩与磁链调节、磁链所属区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,其特征在于,包括转速模糊PI调节器、开关表模块、SRM电机、功率变换器和电源,转速模糊PI调节器经滞环比较器与开关表模块连接,开关表模块经功率变换器与SRM电机的输入端连接,电源与功率变换器连接;SRM电机的输出端分三路,一路与给定转速比较后发送至转速模糊PI调节器,第二路经转矩估算模块后与转速模糊PI调节器输出的转速进行比较后经一个滞环比较器发送至开关表模块;第三路经磁链估算模块后一路与给定磁链值比较后经一个滞环比较器发送至开关表,另一路经区域判断模块发送至开关表。

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,其特征在于,包括转速模糊PI调节器、开关表模块、SRM电机、功率变换器和电源,转速模糊PI调节器经滞环比较器与开关表模块连接,开关表模块经功率变换器与SRM电机的输入端连接,电源与功率变换器连接;SRM电机的输出端分三路,一路与给定转速比较后发送至转速模糊PI调节器,第二路经转矩估算模块后与转速模糊PI调节器输出的转速进行比较后经一个滞环比较器发送至开关表模块;第三路经磁链估算模块后一路与给定磁链值比较后经一个滞环比较器发送至开关表,另一路经区域判断模块发送至开关表。2.一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制方法,其特征在于,利用权利要求1所述的开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统,采用双闭环控制,外环是速度环,内环是转矩环,速度环对速度进行模糊PI调节,转速模糊PI调节器的输出作为转矩的给定值;转矩环对转矩误差、磁链误差和区间信号应用直接转矩控制原理进行功率变换器的开关控制,为开关磁阻电机各相提供能量。3.根据权利要求2所述的一种开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制方法,其特征在于,内环采用直接转矩控制,具体包括开关表模块控制、转矩估算模块控制、区域判断模块以及磁链控制、转矩滞环模块控制;开关表模块控制为:通过选择电压矢量,同时考虑磁链和转矩的变化,将磁链和转矩的变化关系进行归纳,控制功率变换器中功率开关的开通或关断状态;转矩估算模块为:根据检测得到的θ、i通过T(θ,i)函数关系得到各相转矩T,再对得到的各相转矩求和,求出开关磁阻电机总的瞬时转矩;区域判断模块为:根据计算得到的磁链角δ的大小和三相开关磁阻电机空间矢量的分布,对应判断出磁链矢量所在区域;磁链、转矩滞环模块为:磁链、转矩调节器采用滞环模块,当偏差超出滞环环宽时,若偏差值为正,滞环比较器输出为1...

【专利技术属性】
技术研发人员:荆红莉胡大伟
申请(专利权)人:榆林学院
类型:发明
国别省市:陕西,61

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