一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，涉及变磁阻类电机控制技术领域，能够抑制转矩脉动，提升电励磁双凸极电机的转矩性能。本发明专利技术所述的控制方法采用转速转矩双闭环的控制结构，将转速与转矩作为被控量，控制量为功率变换器的驱动信号。其控制原理为：转速外环的输出作为转矩的给定值，转矩观测器根据采集的三相电流信号与转子位置信号输出相应的转矩值，作为转矩的反馈值，转矩的给定值与反馈值经滞环控制及开关状态查询表，输出相应的功率变换器驱动信号。本发明专利技术适用于针对电励磁双凸极电动机转矩性能的优化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法
本专利技术涉及变磁阻类电机控制
，尤其涉及一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法。
技术介绍
电励磁双凸极电机是一种较为常用的磁阻类电机结构，其电机转子的上不存在绕组和磁钢，因此其结构简单牢固、易于维护、可靠性高。在飞机起动/发电系统、风力发电系统、新能源汽车等领域有很好的应用前景。但是，作为磁阻类电机，由于电励磁双凸极电机定转子双边凸极的结构，导致其存在转矩脉动大、噪声大和振动剧烈的问题，在一定程度上制约了其推广应用。目前针对电励磁双凸极电动机转矩性能的优化研究方向主要分为两大类：一类是通过优化电励磁双凸极电动机本体的设计，减小转矩脉动；另一类是结合电励磁双凸极电动机的电磁特性，提出新的电机角度控制策略，并在一定程度上减小了电励磁双凸极电动机的转矩脉动、提升了电机的转矩性能。角度控制策略是在标准角控制策略的基础上，将各开关管按照一定的规则提前或滞后开通、关断和反向的控制策略。现有的角度控制策略本质上仍是电流闭环的控制策略，即通过控制电流的波形，间接的控制电机的转矩。但由于电励磁双凸极电机内部电磁量具有非线性与强耦合性，即使相电流的幅值恒定，电机的转矩仍会存在较大的转矩脉动。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，能够抑制转矩脉动，提升电励磁双凸极电机的转矩性能。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：采用转速转矩双闭环的控制结构，将转速与转矩作为被控量，功率变换器的驱动信号则作为控制量。其控制原理大致为：转速外环的输出作为电机转矩的给定值，转矩观测器根据采集的三相电流信号与转子位置信号，输出相应的转矩值，作为转矩的反馈值，将转矩的反馈值反馈，对转矩进行闭环控制。由于对电励磁双凸极电动机采用直接转矩控制方法，直接对电机的转矩闭环控制，有效地避免了电流闭环控制中直接控制相电流，间接控制转矩而导致的转矩脉动问题。因而该方法能有效地抑制电励磁双凸极电动机的转矩脉动，为电励磁双凸极电动机的推广应用奠定了一定的基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为采用直接转矩控制方法的电励磁双凸极电动机的调速系统框图；图2为电励磁双凸极电动机直接转矩控制框图；图3为电励磁双凸极电动机的电感特性图；图4为本专利技术所提出的转矩观测器误差仿真波形图；图5为现有技术中所提出的转矩观测器误差仿真验证图；图6为电励磁双凸极电动机直接转矩控制方法的转矩仿真结果；图7为本专利技术实施例提供的方法流程的示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术实施例提供一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，本实施例的目的在于实时控制所述功率变换器的工作，实现转矩的闭环控制。采用转速转矩双闭环的控制结构，将转速与转矩作为被控量，功率变换器的驱动信号则作为控制量。其控制原理为：转速外环的输出作为电机转矩的给定值，转矩观测器根据采集的三相电流信号与转子位置信号，输出相应的转矩值，作为转矩的反馈值，将转矩的反馈值反馈，对转矩进行闭环控制。如图7所示，该方法包括：步骤101，获取电流霍尔传感器采集的模拟信号ia、ib和ic，和所述电励磁双凸极电机的转子位置信号θ，向所述转矩观测器传输。需要说明的是，在本实施例的实际应用中，电流霍尔传感器采集到的是三相电流的模拟信号ia、ib、ic，而电学领域中通常采用对应的大写的字母表示模电转换后的信号，比如本实施例中可以通过IA、IB和IC分别对应表示模拟信号ia、ib和ic经过一系列转换得到的数字信号。例如：可以在将模数转换的环节设置在霍尔和转矩观测器之间设置电流检测环节将ia、ib和ic转换成IA、IB和IC。其中，电流霍尔传感器指的是如图1中的电流检测环节的输入的ia、ib和ic三条线的起点的三个圆圈，通常本领域内可以用这种圆圈表示电流霍尔传感器。所述转矩观测器得到转矩反馈值Te并输出。所述电励磁双凸极电机的转子位置信号θ具体是由旋转变压器及其旋转解码器(通常指的是与旋转变压器相应的解码芯片)采集的，例如：旋转变压器获取一个和转子位置角相关的模拟信号(幅值与位置角呈函数关系的正余弦信号)，解码芯片将该模拟信号转换成DSP等控制器可以识别的转子位置角的数字信号，此处的旋转变压器及其旋转解码器可以采用目前已有的原件，其安装采集方式也可以采用现有的采集方案，本实施例中并不赘述。本实施例在此处的目的仅在于使用所采集的电励磁双凸极电机的转子位置信号θ。本实施例中的转矩观测器环节可以理解为：转矩观测器是存储于微处理器(DSP2812)内存中的离线三维查找表T(θ,ip)，θ为转子位置角，ip为相绕组电流，p代表A、B、C中的任一相。转矩观测器是基于大量有限元仿真数据，采用线性插值的方法构建的查找表。电励磁双凸极电机直接转矩控制系统运行时，转矩观测器会根据电流霍尔传感器采集的的模拟信号ia、ib和ic，以及旋转变压器及其解码器输出的转子位置信号θ，输出相应的转矩反馈值Te，作为转矩反馈值。步骤102，转速外环的输出作为所述电励磁双凸极电机的转矩给定值为Te*，用所述转矩给定值Te*减去所述转矩反馈值Te，得到所述电励磁双凸极电机的转矩的控制误差为Te_err。本实施例中的转速外环可以理解为：由旋转变压器及其解码器采集转子位置信号，经转速计算环节获取转速的反馈值n，转速给定值n*与反馈值作差，经过转速调节器的输出值Te*，作为转矩的给定值。其中，转速计算环节具体也是存储于DSP内的一段用于计算转速的程序代码。步骤103，将所述转矩的控制误差Te_err输入至滞环控制环节，滞环控制环节根据所述转矩的控制误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，其特征在于，包括：步骤101，获取电流霍尔传感器采集的三相电流的模拟信号ia、ib和ic，所述电励磁双凸极电机的转子位置信号θ向所述转矩观测器传输，所述转矩观测器得到转矩反馈值Te并输出；步骤102，将转速外环的输出作为所述电励磁双凸极电机的转矩给定值为Te*，用所述转矩给定值Te*减去所述转矩反馈值Te得到所述电励磁双凸极电机的转矩的控制误差为Te_err；步骤103，将所述转矩的控制误差Te_err输入至滞环控制环节，滞环控制环节根据所述转矩的控制误差Te_err大小，向开关状态查询表输出误差控制信号εT；步骤104，所述开关状态查询表结合误差控制信号εT和所述转子位置信号θ，向功率变换器输出驱动信号PWM。

【技术特征摘要】
1.一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，其特征在于，包括：步骤101，获取电流霍尔传感器采集的三相电流的模拟信号ia、ib和ic，所述电励磁双凸极电机的转子位置信号θ向所述转矩观测器传输，所述转矩观测器得到转矩反馈值Te并输出；步骤102，将转速外环的输出作为所述电励磁双凸极电机的转矩给定值为Te*，用所述转矩给定值Te*减去所述转矩反馈值Te得到所述电励磁双凸极电机的转矩的控制误差为Te_err；步骤103，将所述转矩的控制误差Te_err输入至滞环控制环节，滞环控制环节根据所述转矩的控制误差Te_err大小，向开关状态查询表输出误差控制信号εT；步骤104，所述开关状态查询表结合误差控制信号εT和所述转子位置信号θ，向功率变换器输出驱动信号PWM。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转矩观测器包括：存储于微处理器(DSP2812)的内存中的离线三维查找表T(θ,ip)，其中，θ为转子位置角，ip为相绕组电流，p代表所述电励磁双凸极电机的A、B、C三相中的任一相。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转速外环，包括：获取所述转子位置信号θ，和转速的反馈值，转速给定值与反馈值作差，经过转速调节器的输出值Te*，作为转矩的给定值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤103中根据所述转矩的控制误差Te_err大小，向开关状态查询表输出误差控制信号εT，包括：记录当前为k时刻，若Te_err≤-Tband则所述滞环控制环节输出的误差控制信号为低电平，即其中，Tband为转矩滞环控制的环...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓然，陈旭，于立，卞张铭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32