一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法技术

本发明专利技术公布了一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法。依据开关磁阻电机的磁链特性以及相电流和相磁链的变化情况，分6种状态在线计算由两个采样点磁链特性曲线以及连接两点的直线所围成的区域的面积，即电机转子在这两个采样点间转动过程中输出的机械能，进而对瞬时转矩进行辨识。该方法具有精度高、快速性好、先验数据需求小等优势，且适用于具有不同拓扑结构的开关磁阻电机。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法
本专利技术涉及一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法，属于电机参数辨识领域。
技术介绍
开关磁阻电机的瞬时转矩信息对于一些先进控制方法的实现至关重要，而转矩传感器不仅会增加系统成本和复杂度，且由于带宽限制，仅适用于电机低速运行场合，因此有必要研究适用于较宽转速范围的开关磁阻电机瞬时转矩辨识方法。与相电流和转子位置间的非线性关系增加了开关磁阻电机转矩辨识的难度，目前主要有三种方法：解析计算法、人工神经网络法、面积近似法。解析计算法可以在短时间内对电机的瞬时转矩进行辨识，且对硬件的要求较低，但现有方法存在计算复杂度较高、辨识精度差等不足；人工神经网络模型通常构建于处理器，通过一些在线电磁参数对网络权重进行调整，该方法往往需要大量的先验电磁特性数据，且模型的收敛速度和收敛质量严重依赖于网络结构、训练方法和初始权重；面积近似法非常方便，无需先验特性数据，但现有方法在饱和情况下的辨识精度较差。本专利技术所涉及新型开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法具有精度高、快速性好、先验数据需求小等优势。
技术实现思路
本专利技术依据开关磁阻电机的磁链特性以及相电流和相磁链的变化情况，分6种状态在线计算电机转子从一个采样点转动到另一采样点过程中输出的机械能，进而对瞬时转矩进行辨识，方法实现步骤如下：步骤一：将两个相邻的采样点分别记为P和Q，且Q点在P点之后；步骤二：在线测量得到P点和Q点的实时相电流值ip和iQ，转子位置角θp和θQ，并通过公式(1)计算得到P点和Q点的磁链值和其中v、R和i分别为相磁链、相电压、相电阻和相电流，t为时间；步骤三：利用公式(2)计算得到P点和Q点的磁共能W′P和W′Q，公式中，W′为磁共能，is为磁链特性临界饱和点处的相电流，Ls为不饱和电感；步骤四：计算由P点所在位置的磁链特性曲线、Q点所在位置的磁链特性曲线以及连接P、Q两点的直线围成的区域的面积，即可得到电机转子从P点所在位置转动到Q点所在位置过程中输出的机械能，该计算分为如下6个状态：状态I：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ>iP且该状态为相绕组在非对齐位置和对齐位置间励磁，并且相电压大于反电势，此时电机输出的机械能SI可由公式(3)计算得到；状态II：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且该状态为相绕组在非对齐位置和对齐位置间励磁，并且相电压小于反电势，此时电机输出的机械能SII可由公式(4)计算得到；状态III：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且该状态为相绕组在非对齐位置和对齐位置间退磁，此时电机输出的机械能SIII可由公式(5)计算得到；状态IV：P点所在位置磁链特性曲线高于Q点所在位置磁链特性曲线，iQ>iP且该状态为相绕组在非对齐位置之前励磁，即超前导通，此时电机输出的机械能SIV可由公式(6)计算得到；状态V：P点所在位置磁链特性曲线高于Q点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且该状态为相绕组在对齐位置之后励磁，此时电机输出的机械能SV可由公式(7)计算得到；状态VI：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且该状态为相绕组在非对齐位置和对齐位置之间续流，相绕组为0，此时电机输出的机械能SVI可由公式(8)计算得到；步骤五：通过公式(9)求取开关磁阻电机的瞬时转矩，其中Tins为瞬时转矩，S为步骤四中计算得到的输出机械能。本专利技术的有益效果：①可高精度在线获取开关磁阻电机的瞬时转矩，且仅需不饱和相电感信息；②仅涉及简单的数学运算，保证了辨识的稳定性和实时性；③方法基于能量转换理论，适用于具有不同拓扑结构的开关磁阻电机。附图说明图1为状态I输出机械能示意图。图2为状态II输出机械能示意图。图3为状态III输出机械能示意图。图4为状态IV输出机械能示意图。图5为状态V输出机械能示意图。图6为状态VI输出机械能示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。实例所用电机为一个1kW三相12/8极开关磁阻电机。步骤一：将两个相邻的采样点分别记为P和Q，且Q点在P点之后；步骤二：在线测量P点和Q点的实时相电流值ip和iQ，转子位置角θp和θQ，并代入公式(1)计算P点和Q点的磁链值和步骤三：将步骤二得到的磁链值代入公式(2)计算P点和Q点的磁共能WP′和WQ′；步骤四：计算由P点所在位置的磁链特性曲线、Q点所在位置的磁链特性曲线以及连接P、Q两点的直线围成的区域的面积，即电机转子从P点所在位置转动到Q点所在位置过程中输出的机械能，分为如下6个状态：状态I：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ>iP且如图1所示，由公式(3)计算得到电机输出的机械能SI；状态II：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且如图2所示，由公式(4)计算得到电机输出的机械能SII；状态III：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且如图3所示，由公式(5)计算得到电机输出的机械能SIII；状态IV：P点所在位置磁链特性曲线高于Q点所在位置磁链特性曲线，iQ>iP且如图4所示，由公式(6)计算得到电机输出的机械能SIV；状态V：P点所在位置磁链特性曲线高于Q点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且由公式(7)计算得到电机输出的机械能SV；状态VI：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ<iP且由公式(8)计算得到电机输出的机械能SVI；步骤五：通过公式(9)求取开关磁阻电机的瞬时转矩。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法，其特征在于：依据开关磁阻电机的磁链特性以及相电流和相磁链的变化情况，分6种状态在线计算电机转子从一个采样点转动到另一采样点过程中输出的机械能，进而对瞬时转矩进行辨识，方法实现步骤如下：步骤一：将两个相邻的采样点分别记为P和Q，且Q点在P点之后；步骤二：在线测量得到P点和Q点的实时相电流值ip和iQ，转子位置角θp和θQ，并通过

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机瞬时转矩在线辨识方法，其特征在于：依据开关磁阻电机的磁链特性以及相电流和相磁链的变化情况，分6种状态在线计算电机转子从一个采样点转动到另一采样点过程中输出的机械能，进而对瞬时转矩进行辨识，方法实现步骤如下：步骤一：将两个相邻的采样点分别记为P和Q，且Q点在P点之后；步骤二：在线测量得到P点和Q点的实时相电流值ip和iQ，转子位置角θp和θQ，并通过计算得到P点和Q点的磁链值和其中v、R和i分别为相磁链、相电压、相电阻和相电流，t为时间；步骤三：利用公式计算得到P点和Q点的磁共能W′P和W′Q，公式中，W′为磁共能，is为磁链特性临界饱和点处的相电流，Ls为不饱和电感；步骤四：计算由P点所在位置的磁链特性曲线、Q点所在位置的磁链特性曲线以及连接P、Q两点的直线围成的区域的面积，即可得到电机转子从P点所在位置转动到Q点所在位置过程中输出的机械能，该计算分为如下6个状态：状态I：Q点所在位置磁链特性曲线高于P点所在位置磁链特性曲线，iQ>iP且该状态为相绕组在非对齐位置和对齐位置间励磁，并且相电压大于反电势，此时电机输出的机械能SI可由计算得到；状态I...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋受俊，方高亮，赵旭静，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61