一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法技术

本发明专利技术提供基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，至少包括以下步骤：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；将待选的电压矢量带入二阶龙格‑库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的定子的磁链值；将预测K+1时刻的定子的磁链值ψk+1与给定磁链值ψref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的Uk+1电压向量；将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；对开关磁阻电机进行控制。

A Direct Torque Control Method for Switched Reluctance Motor Based on Model Predictive Flux Control

The invention provides a direct torque control method for Switched Reluctance Motor Based on model predictive flux control, which includes at least the following steps: measuring stator current, rotor speed, rotor position and DC link voltage through sensors; calculating stator flux and motor torque at K time; comparing K torque value and PI loop setting at current time through hysteresis loop of torque control. The three voltage vectors to be selected are selected according to the torque value; the voltage vectors to be selected are brought into the second-order Runge-Kutta formula to predict the stator current at K+1 time; the stator flux value at K+1 time is predicted by the stator current at K+1 time; the stator flux value_k+1 at predicted K+1 time is compared with the given flux value_ref; and the evaluation function is selected to minimize the evaluation function.+ 1 voltage vector; send the switching signal corresponding to the selected optimal voltage vector to the three-phase asymmetric bridge converter; control the switched reluctance motor.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法
本专利技术涉及开关磁阻电机转矩控制
，具体而言，尤其涉及一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM或SR电机)最早于19世纪40年代提出。由于当时技术的条件，没有得到很好的发展。但是在20世纪60年代以后，随着电力电子器件的发展，SRM电机也开始被学术界重视起来。SRM以其结构简单、成本低、效率高、调速性能好等优点受到学术界和工业界的广泛关注，与之相关的论文与专利数量快速增长。我国大约从1985年开始展开对SRM的研究。产品覆盖纺织、电动汽车、家电、矿山机械、石油石化等领域，展现出SRM广阔的应用前景。但是开关磁阻电机的严重非线性电磁特性及其本体的定转子双凸极结构，使得转矩脉动在SRM中不可避免，相比其它调速系统，SRM的转矩脉动尤为明显。此问题严重制约了SRM在传动领域的应用范围，在一些要求低脉动的场合，很难有用武之地。直接转矩控制技术(Directtorquecontrol)作为一种驱动算法具有转矩响应快、思想简单、避免多坐标变换等优点逐渐成为SRM的一种主流驱动算法。在DTC中，转矩滞环与磁链滞环同时获取当前时刻的转矩值与磁链值，将其与给定的转矩磁链值比较选择电压矢量来实现直接控制电磁转矩，尽管转矩被用作直接控制变量，但由于SRM中转矩与磁链角度之间的非线性变化，导致转矩的变化滞后于磁链的变化，将实时的转矩与磁链同时进行比较选择电压矢量不可避免的会造成误差。这种误差在换向区时尤为明显，这也是造成传统DTC在SRM控制中转矩脉动大的原因。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法。本专利技术基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；S2：计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；S3：通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；S4：将待选的电压矢量带入二阶龙格-库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；S5：通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的磁链值；S6：将预测K+1时刻的磁链值ψk+1与给定磁链值ψref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的Uk+1电压向量；S7：将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；S8：对开关磁阻电机进行控制。进一步的，在第K相上的电压方程为：引入磁共能的概念：开关磁阻电机的电磁转矩特性可以表示为：则开关磁阻电机转矩与磁链的关系为：更进一步的，对齐位置d轴和未对齐位置q轴处的磁链曲线表示为：ψq＝LqI；ψd＝LdsatI+A(1-e-BI)；其中，Ldsat表示d轴上的饱和电感，系数A和B分别表示I＝0与I＝Im时的常数，Im表示定子绕组的最大电流，则A、B分别表示为：A＝ψm-LdsatIm；B＝(Ld-Ldsat)/(ψm-LdsatIm)；其中，Ld表示d轴上的不饱和电感，ψm表示在I＝Im时的磁链值，则开关磁阻电机的磁链为：ψ(I,θ)＝LqI+[LdsatI+A(1-e-BI)-LqI]f(θ)；其中，Lq表示未对齐电感，θ表示定子与转子的相对位置角。进一步的，二阶龙格-库塔法的离散方法，表达为：其中，Ts表示控制周期，I'k+1表示电流的预测校正值，Ik+1表示K+1时刻的电流值，Ik表示K时刻的电流，ψk表示K时刻的磁链，θk表示K时刻的转子位置角，Uk+1表示K+1时刻候选的电压矢量，则K+1时刻的磁链值为：其中，Ik+1表示待选的电压矢量经过二阶龙格库塔法预测出来的相应的电流值；Ldsat表示d轴上的饱和电感，A和B分别表示当I＝0与I＝Im时的常数，Im表示定子绕组的最大电流，Lq表示未对齐电感，θk+1＝θk+Tsωk，ωk表示当前时刻的角速度；则评价函数为：g＝||ψref|-|ψk+1||；其中，ψref表示给定磁链值；ψk+1表示K+1时刻的磁链值。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术能够减小开关磁阻电机中传统直接转矩控制的转矩脉动。与传统的直接转矩控制方法相比，该方法能够在全转速范围内得到较好的表现，消除了传统模型预测控制中的权重因子，只考虑三个候选电压向量，避免计算同一控制层的所有27个电压向量从而大大降低计算量，同时通过引入模型预测磁链控制，消除了传统直接转矩控制中转矩与磁链之间的一阶延迟对系统带来的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术模拟磁链曲线，曲线(a)表示分析模型，(b)表示实测曲线；图2为本专利技术开关磁阻电机采用的三相不对称半桥；图3为本专利技术电压矢量图及相应的开关状态；图4为本专利技术整体系统的结构框图；图5为本专利技术全过程转矩脉动；图6(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟加速到450r/min，负载10N·m，(a)为本专利技术的仿真转矩波形，(b)为传统方式的仿真转矩波形；图7(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟恒速450r/min，负载10N·m，(a)为本专利技术的仿真磁链、电流及转矩波形，(b)为传统方式的仿真磁链、电流及转矩波形；图8(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟加速到1200r/min，负载10N·m，(a)为本专利技术的仿真转矩波形，(b)为传统方式的仿真转矩波形；图9(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟恒速1200r/min，负载10N·m，(a)为本专利技术的仿真磁链、电流及转矩波形，(b)为传统方式的仿真磁链、电流及转矩波形；图10(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟磁链圆，(a)为本专利技术的仿真磁链圆，(b)为传统方式的仿真磁链圆；图11(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟恒速1200r/min，负载跳变15N·m，(a)为本专利技术的仿真转矩波形，(b)为传统方式的仿真转矩波形；图12(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟恒速1200r/min，空载，(a)为本专利技术的仿真转矩波形，(b)为传统方式的仿真转矩波形；图13(a)、(b)为本专利技术的实施例模拟恒速1200r/min负载15N·m，(a)为本专利技术的仿真转矩波形，(b)为传统方式的仿真转矩波形。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；S2：计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；S3：通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；S4：将待选的电压矢量带入二阶龙格‑库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；S5：通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的磁链值；S6：将预测K+1时刻的磁链值ψk+1与给定磁链值ψref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的Uk+1电压向量；S7：将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；S8：对开关磁阻电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；S2：计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；S3：通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；S4：将待选的电压矢量带入二阶龙格-库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；S5：通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的磁链值；S6：将预测K+1时刻的磁链值ψk+1与给定磁链值ψref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的Uk+1电压向量；S7：将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；S8：对开关磁阻电机进行控制。2.根据权利要求1的基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征还在于：在第K相上的电压方程为：引入磁共能的概念：开关磁阻电机的电磁转矩特性可以表示为：则开关磁阻电机转矩与磁链的关系为：3.根据权利要求1的基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征还在于：对齐位置d轴和未对齐位置q轴处的磁链曲线表示为：ψq＝LqI；ψd＝LdsatI+A(1-e-BI)；其中，Ldsat表示d轴上的饱和电感，系数A和B分...

【专利技术属性】
技术研发人员：许爱德，商超亿，韩乐乐，任萍，张文，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21