基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法，在换出相选择合适的关断角，在换入相选择合适的开通角，以达到优化换相间电流上升和下降速率目的，从而抑制或消除换相转矩脉动。该方法简单实用，可以提高系统的动态性能。解决了传统无轴承开关磁阻电机的转矩与悬浮力之间的耦合问题；该方法选择合适的开通角与关断角改进了电机的转矩和悬浮力性能。本发明专利技术所述的方法简单实用，控制方便，可以加强电机系统的可靠性与稳定性。

Torque ripple suppression method of BSRMWR based on on-off angle control

The invention discloses a BSRMWR torque ripple suppression method based on on on-off angle control, which chooses an appropriate turn-off angle in the commutation phase and an appropriate turn-on angle in the commutation phase to optimize the rate of current rise and fall between commutations, thereby suppressing or eliminating the commutation torque ripple. This method is simple and practical, and can improve the dynamic performance of the system. The coupling problem between torque and suspension force of traditional bearingless switched reluctance motor is solved. The method improves the performance of torque and suspension force by choosing appropriate opening and closing angles. The method of the invention is simple, practical, convenient to control, and can enhance the reliability and stability of the motor system.

【技术实现步骤摘要】
基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法
本专利技术涉及一种12/8单绕组宽转子齿结构的无轴承开关磁阻电机(BearinglessSwitchedReluctanceMotorwithWiderRotorTeeth，BSRMWR)抑制转矩脉动的控制方法，属于电机控制应用

技术介绍
BSRMWR具有结构简单，坚固，成本低，工作可靠，无润滑，寿命长等特点，在航空高速、超高速起动发电机，飞轮储能等领域具有重大应用。BSRMWR与普通无轴承开关磁阻电机相比，其转子齿的机械角增加至30°，通过双相导通，可以实现转矩与悬浮力的解耦，由于其双凸结构，在换相时存在转矩脉动较大的问题。转矩脉动较大限制了其在高性能场合的应用，转矩脉动也是造成电机噪声和振动的重要原因。因此解决电机的转矩脉动问题就显得尤为重要。针对抑制电机换相时的转矩脉动，国内外专家学者提出了许多行之有效的方法，主要有：(1)基于转矩分配函数的直接瞬时转矩控制；(2)设计新型的功率变换器的拓扑结构来抑制转矩脉动；(3)传统直接转矩控制来抑制转矩脉动；(4)通过有限元分析法，设计合适的电机结构来抑制转矩脉动；(5)换相区间内的电流优化算法等。换相区间内的转矩波动主要是由换入相和换出相电流的变化速度不一样导致的，因此许多抑制转矩脉动的方法都是从换相过程中换入相和换出相电流的入手，即优化换相区间的电流，保证非换相区间电流不变。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法，即在换出相选择合适的关断角，在换入相选择合适的开通角，以达到优化换相间电流上升和下降速率目的，从而抑制或消除换相转矩脉动。该方法简单实用，可以提高系统的动态性能。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法，包括以下步骤：步骤1：利用电机内部的光电传感器获得转子位置角θ，通过微分计算得到电机转速ω，电机转速ω作为外环反馈，期望转速作为给定转速ω*。步骤2：电机实际转速ω与给定转速ω*作差，得到转速偏差量Δω，转速偏差量Δω经过外环PI调节得到给定平均转矩Tavg*。步骤3：通过转矩电流公式得到三相转矩区间内的给定电流iT*。步骤4：利用电机外部的位移传感器获得转子轴承在x、y两个方向上的位移量，两个位移量分别作为外环反馈，期望的x、y方向上的位移量作为给定位移x*、y*，x、y两个方向上的位移量与定位移x*、y*作差得到x、y方向上的位移量误差。步骤5：x、y方向上的位移量误差分别经过PID调节得到x、y两个方向上的给定悬浮力Fx*、Fy*。步骤6：x、y方向上的给定悬浮力Fx*、Fy*通过悬浮力电流公式得到三相在x、y方向上的差分电流Δis1、Δis2。步骤7：通过三相分配计算得到在悬浮区间内A、B、C三相上四个绕组上的给定电流is1*、is2*、is3*、is4*。步骤8：利用电流传感器得到BSRMWR的绕组电流，将采样得到的实际绕组电流i作为内环电流反馈量。步骤9：设置开通角和关断角，通过换出相电流的下降公式与换入相电流的上升公式计算出转矩脉动最小的时间点，从而得到选取的开通角和关断角。计算公式表达式为θ＝ωt，其中，θ为关断提前角，ω为电机转速，t为关断提前时间，us为线圈两端母线电压，ud为开关管压降，R为绕组电阻，L0为绕组电感，定义A＝dLA1/dθ，A为一个常数，LA1为A1相绕组电感，ia2(0)为A2相的初始给定电流值。步骤10：外环输出的给定电流iT*与内环电流反馈量相比作差通过滞环比较器，结合转子位置角以及选取的开通角和关断角在换相区间内控制相应功率管的导通，完成转矩脉动的抑制。优选的：步骤3中通过转矩电流公式得到三相转矩区间内的给定电流iT*的方法：利用麦克斯韦应力法推导出电机的转矩数学模型，通过转矩模型得到转矩关于电流的公式，转矩电流公式表达为其中，C为转矩系数，Tavg为平均转矩，从而得到转矩区间内的给定电流iT*。优选的：步骤6中利用等效磁路图以及麦克斯韦应立法推导出悬浮力数学模型，悬浮力电流公式表达为Fx＝20DisΔis1、Fy＝20DisΔis2，其中，D为悬浮力系数，Fx为x方向悬浮力，Fy为y方向悬浮力，is为悬浮区间平均电流，Δis1为x方向差分电流，Δis2为y方向差分电流。优选的：步骤7中通过下式计算三相分配得到在悬浮区间内A、B、C三相上四个绕组上的给定电流is1*、is2*、is3*、is4*：其中，is1、is2、is3、is4为一相悬浮区间内四组不对称电流值。优选的：电机为双凸极结构。优选的：电机通过两相导通实现转矩与悬浮力的解耦。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术电机是双凸极结构，跟普通开关磁阻电机相比，所述电机可以通过两相导通实现转矩与悬浮力的解耦，解决了传统无轴承开关磁阻电机的转矩与悬浮力之间的耦合问题；本专利技术提出的控制算法是一种基于开通角与关断角优化控制方法，通过该算法选择合适的开通角与关断角改进了电机的转矩和悬浮力性能。本专利技术所述的方法简单实用，控制方便，可以加强电机系统的可靠性与稳定性。附图说明图1为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的所述电机结构图。图2为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的所述电机线圈电感示意图。图3为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的所述电机三相工作区间示意图。图4为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的换出相开关管关断示意图。图5为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的换入相开关管开通示意图。图6为没用本专利技术控制方法时电磁转矩波形图。图7为本专利技术基于开通角和关断角优化控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法的电磁转矩波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。电机结构如图1所示，包括12个凸极定子齿，8个凸极转子齿，绕组，转轴；转子极弧的机械角为30°，定子极弧的机械角为15°，12个定子齿上均有一套绕组，共12个绕组，每个绕组的电压、电流可单独控制，每隔90°的两个绕组的绕线方向相反，流入电流方向相同，4个绕组形成的磁场呈NSNS分布，每隔90°的4个定子绕组形成电机的一相绕组，12个绕组最终形成依次在空间上相差30°的A、B、C三相绕组，每控制一相时，同时控制一相四个绕组对称或不对称励磁，为电机工作提供转矩和悬浮力。所述电机线圈电感随转子位置变化如图2所示，定义定转子极对齐位置为转子角度θ＝0°。以A相为例，当转子位置位于[-22.5°，-7.5°]时，线圈电感几乎线性上升，若在A1，A2，A3，A4定子线圈中通入相同大小的电流即可产生正转矩；转子位置处于[-7.5°，7.5°]时，线圈电感几乎不变，若在A1，A2，A3，A4定子线圈通入不对成电流即可产生悬浮力，这时不产生输出转矩；当转子位置位于[7.5°，22.5°]时，线圈电感几乎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用电机内部的光电传感器获得转子位置角θ，通过微分计算得到电机转速ω，电机转速ω作为外环反馈，期望转速作为给定转速ω

【技术特征摘要】
1.一种基于开通关断角控制的BSRMWR转矩脉动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用电机内部的光电传感器获得转子位置角θ，通过微分计算得到电机转速ω，电机转速ω作为外环反馈，期望转速作为给定转速ω*；步骤2：电机实际转速ω与给定转速ω*作差，得到转速偏差量Δω，转速偏差量Δω经过外环PI调节得到给定平均转矩Tavg*；步骤3：通过转矩电流公式得到三相转矩区间内的给定电流iT*；步骤4：利用电机外部的位移传感器获得转子轴承在x、y两个方向上的位移量，两个位移量分别作为外环反馈，期望的x、y方向上的位移量作为给定位移x*、y*，x、y两个方向上的位移量与定位移x*、y*作差得到x、y方向上的位移量误差；步骤5：x、y方向上的位移量误差分别经过PID调节得到x、y两个方向上的给定悬浮力Fx*、Fy*；步骤6：x、y方向上的给定悬浮力Fx*、Fy*通过悬浮力电流公式得到三相在x、y方向上的差分电流Δis1、Δis2；步骤7：通过三相分配计算得到在悬浮区间内A、B、C三相上四个绕组上的给定电流is1*、is2*、is3*、is4*；步骤8：利用电流传感器得到BSRMWR的绕组电流，将采样得到的实际绕组电流i作为内环电流反馈量；步骤9：设置开通角和关断角，通过换出相电流的下降公式与换入相电流的上升公式计算出转矩脉动最小的时间点，从而得到选取的开通角和关断角；计算公式表达为：θ＝ωt，其中，θ为关断提前角，ω为电机转速，t为关断提前时间，us为线圈两端母线电压，ud为开关管压降，R为绕组电阻，L0为绕组电感，定义A＝dLA1/dθ，A为一个常...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，邹王钰，刘泽远，刘程子，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32