悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，包括：根据所期望平均转矩和期望平均悬浮力，选择主绕组和悬浮力绕组电流波形控制方式及其电流导通区间，推导水平、垂直方向上的平均悬浮力和平均转矩计算公式，计算主绕组关断角和所需的主绕组方波期望电流、悬浮力绕组锯齿波期望电流。本发明专利技术生成的期望电流可实现BSRM平均转矩平均悬浮力控制目标，并具有平抑悬浮力脉动的作用，不仅有利于重载调速运行及悬浮控制，而且适用于空载运行及悬浮控制要求，解决了转矩和悬浮力的不匹配问题。

【技术实现步骤摘要】
悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法
本专利技术涉及无轴承开关磁阻电机(bearinglessswitchedreluctancemotor,BSRM)
，尤其涉及一种悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法。
技术介绍
无轴承开关磁阻电机(bearinglessswitchedreluctancemotor,BSRM)是发展迅速的磁悬浮技术与开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM)的结合，兼有结构简单坚固、成本低、调速范围宽、运行可靠性高和允许转速高、摩擦功耗小、无需润滑和寿命长等优点，在高速、超高速运行场合具有突出优势，是高速电机研究领域的热点之一。随着BSRM的转速不断升高，可采用平均转矩平均悬浮力控制策略。由于BSRM是一个复杂的非线性、强耦合系统，其转矩和悬浮力与主绕组电流、悬浮力绕组电流、转角和电机参数均有关联。因此，BSRM控制方法研究的关键在于根据期望平均转矩和平均悬浮力，确定主绕组电流、悬浮力绕组电流及其导通区间。主绕组和悬浮力绕组开通角固定，有利于重负载运行调速控制及稳定的悬浮控制；当期望平均转矩Tav*较小，而期望平均悬浮力F1av*或F2av*较大时，即空载悬浮控制时，若存在转矩和悬浮力的不匹配问题，则需要将主绕组电流延迟关断，以解决转矩和悬浮力的不匹配问题，使BSRM适用于不同工况控制要求。此外，由于采用平均悬浮力作为控制目标，若悬浮力绕组采用方波电流型控制方式，将使得BSRM悬浮力具有较强的脉动性，需要对悬浮力绕组电流波形进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，解决现有技术中转矩和悬浮力不匹配的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，包括如下步骤：(1)根据期望平均转矩，选择主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间；(2)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2；(3)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定主绕组转矩系数Gtm、悬浮力绕组转矩系数Gts、主绕组延迟关断转矩系数Gtmd(θoffm)，其中：θoffm为主绕组关断角；(4)根据期望平均转矩和水平及垂直方向上的期望平均悬浮力结合步骤(2)和(3)确定的参数，计算主绕组关断角θoffm和主绕组方波期望电流im；(5)根据期望平均转矩、水平及垂直方向上的期望平均悬浮力、转子齿极偏离定子齿极角度θ、主绕组方波期望电流im结合步骤(2)确定的参数，计算水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)。优选的，悬浮力绕组电流采用锯齿波电流控制方式，水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)分别为：is1(θ)＝is1c(1+cs|θ|)is2(θ)＝is2c(1+cs|θ|)式中，θ为转子齿极偏离定子齿极角度，is1c为水平方向上的悬浮力绕组基准电流值，is2c为垂直方向上的悬浮力绕组基准电流值，cs＝36/π为锯齿波比例系数。优选的，电流导通区间的选择方法如下：当期望平均转矩Tav*>0时，悬浮力绕组开通角θons＝-15°，悬浮力绕组关断角θoffs＝0°；主绕组的开通角θonm＝-15°，主绕组关断角θoffm∈[0°,15°]；当期望平均转矩Tav*≤0时，悬浮力绕组开通角θons＝15°，悬浮力绕组关断角θoffs＝0°；主绕组开通角θonm＝15°，主绕组关断角θoffm∈[-15°,0°]。优选的，计算主绕组关断角θoffm和主绕组方波期望电流im的方法如下：根据期望平均转矩Tav*和水平、垂直方向上的期望平均悬浮力F1av*、F2av*，在绕组电流导通区间内，推导水平、垂直方向上的平均悬浮力F1av、F2av和平均转矩Tav的计算公式，具体包括：根据期望平均转矩Tav*，积分推导悬浮力绕组电流导通区间内产生的水平、垂直方向上的平均悬浮力F1av、F2av，分别为：其中：θ为转子齿极偏离定子齿极角度，K1(θ)为悬浮力系数，K2(θ)为悬浮力耦合系数：经积分推导可得平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2的计算公式，分别为：式中，Nm为主绕组匝数，Ns为悬浮力绕组匝数，μ0为真空磁导率，h为转子叠片长度，η为气隙边缘系数，r为转子半径，l0为定、转子间气隙长度，τr＝π/12为转子齿极弧度；主绕组和悬浮力绕组电流导通区间内产生的平均转矩Tav为：式中，Tpmav为主绕组电流产生的平均正转矩，Tpsav为悬浮力绕组电流产生的平均正转矩，Tnmdav表示当主绕组关断角θoffm>0°时，主绕组延迟关断电流产生的平均负转矩，若主绕组关断角θoffm＝0°，则Tnmdav＝0；Tnmav为主绕组电流产生的平均负转矩，Tnsav为悬浮力绕组电流产生的平均负转矩，Tpmdav表示当主绕组关断角θoffm<0°时，主绕组延迟关断电流产生的平均正转矩，若主绕组关断角θoffm＝0°，则Tpmdav＝0；根据主绕组和悬浮力绕组电流导通区间积分推导可得：确定转矩系数Kt(θ)、主绕组转矩系数Gtm、悬浮力绕组转矩系数Gts、主绕组延迟关断转矩系数Gtmd(θoffm)，计算公式分别如下：式中，Kt(θ)为转矩系数，Gtm为主绕组转矩系数，Gts为悬浮力绕组转矩系数，θoffm为主绕组关断角，Gtmd(θoffm)为主绕组延迟关断转矩系数；计算判定函数Jt：若Jt<0，令用数值计算方法迭代求解主绕组关断角θoffm；否则θoffm＝0°；主绕组方波期望电流im计算公式为：优选的，在计算得到主绕组方波期望电流im后，需对主绕组方波期望电流im进行限幅处理，具体如下：设定主绕组电流限值为im(max)，若im>im(max)，则令im＝im(max)。优选的，计算水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波电流is1(θ)和is2(θ)的具体方法如下：根据水平及垂直方向上的期望平均悬浮力F1av*、F2av*、平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2和限幅处理后的主绕组方波期望电流im，推导可得：水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)计算公式分别为：优选的，在计算得到水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)和is2(θ)后，需对水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)和is2(θ)分别进行限幅处理，具体如下：设定悬浮力绕组电流限值为is(max)，当|is1(θ)|>is(max)时，则令is1(θ)＝sgn(is1(θ))·is(max)；当|is2(θ)|>is(max)时，则令is2(θ)＝sgn(is2(θ))·is(max)。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：计算生成的期望电流可实现BSRM平均转矩平均悬浮力控制目标，可解决转矩和悬浮力的不匹配问题，并具有平抑悬浮力脉动的作用，不仅有利于重载调速运行及悬浮控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据期望平均转矩，选择主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间；(2)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2；(3)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定主绕组转矩系数Gtm、悬浮力绕组转矩系数Gts、主绕组延迟关断转矩系数Gtmd(θoffm)，其中：θoffm为主绕组关断角；(4)根据期望平均转矩和水平及垂直方向上的期望平均悬浮力结合步骤(2)和(3)确定的参数，计算主绕组关断角θoffm和主绕组方波期望电流im；(5)根据期望平均转矩、水平及垂直方向上的期望平均悬浮力、转子齿极偏离定子齿极角度θ、主绕组方波期望电流im结合步骤(2)确定的参数，计算水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)。

【技术特征摘要】
1.悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据期望平均转矩，选择主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间；(2)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2；(3)根据主绕组和悬浮力绕组的电流波形控制方式及其电流导通区间，确定主绕组转矩系数Gtm、悬浮力绕组转矩系数Gts、主绕组延迟关断转矩系数Gtmd(θoffm)，其中：θoffm为主绕组关断角；(4)根据期望平均转矩和水平及垂直方向上的期望平均悬浮力结合步骤(2)和(3)确定的参数，计算主绕组关断角θoffm和主绕组方波期望电流im；(5)根据期望平均转矩、水平及垂直方向上的期望平均悬浮力、转子齿极偏离定子齿极角度θ、主绕组方波期望电流im结合步骤(2)确定的参数，计算水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)。2.根据权利要求1所述的悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，其特征在于，悬浮力绕组电流采用锯齿波电流控制方式，水平及垂直方向上的悬浮力绕组锯齿波期望电流is1(θ)、is2(θ)分别为：is1(θ)＝is1c(1+cs|θ|)is2(θ)＝is2c(1+cs|θ|)式中，θ为转子齿极偏离定子齿极角度，is1c为水平方向上的悬浮力绕组基准电流值，is2c为垂直方向上的悬浮力绕组基准电流值，cs＝36/π为锯齿波比例系数。3.根据权利要求2所述的悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，其特征在于，电流导通区间的选择方法如下：当期望平均转矩Tav*>0时，悬浮力绕组开通角θons＝-15°，悬浮力绕组关断角θoffs＝0°；主绕组的开通角θonm＝-15°，主绕组关断角θoffm∈[0°,15°]；当期望平均转矩Tav*≤0时，悬浮力绕组开通角θons＝15°，悬浮力绕组关断角θoffs＝0°；主绕组开通角θonm＝15°，主绕组关断角θoffm∈[-15°,0°]。4.根据权利要求3所述的悬浮力绕组锯齿波电流型的BSRM期望电流计算方法，其特征在于，计算主绕组关断角θoffm和主绕组方波期望电流im的方法如下：根据期望平均转矩Tav*和水平、垂直方向上的期望平均悬浮力F1av*、F2av*，在绕组电流导通区间内，推导水平、垂直方向上的平均悬浮力F1av、F2av和平均转矩Tav的计算公式，具体包括：根据期望平均转矩Tav*，积分推导悬浮力绕组电流导通区间内产生的水平、垂直方向上的平均悬浮力F1av、F2av，分别为：其中：θ为转子齿极偏离定子齿极角度，K1(θ)为悬浮力系数，K2(θ)为悬浮力耦合系数：经积分推导可得平均悬浮力系数Gf1、平均悬浮力耦合系数Gf2的计算公式，分别为：式中，Nm为主绕组匝数，Ns为悬浮力绕组匝数，μ0为真空磁导率，h为转子叠片长度，η为气隙边缘系数，r为转子半径，l0为定、转子间气隙长度，τr＝π/12为转子齿极弧度；主绕组和悬浮力绕组电流导通区间内产生的平均转矩Tav为：式中，Tpmav为主绕组电流产生的平均正转矩，Tpsav为悬浮力绕组电流产生的平均正转矩，Tnmdav表示当主绕组关断角θoffm>0°时，主绕组延迟关断电流产生的平均负转矩，若主绕组关断角θoffm＝0°，则Tnmdav＝0；Tnmav为主绕组电流产生的平均负转矩，Tnsav为悬浮力绕组电流产生的平均负转矩，Tpmdav表示当主绕组关断角θoffm<0°时，主绕组延迟关断电流产生的平均正转矩，若主绕组关断角θoffm＝0°，则Tpmdav＝0；根据主绕组和悬浮力绕组电流导通区间积分推导可得：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凌，王宏华，张经炜，谭超，路天航，王燚，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32