一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术以转矩脉动最小化为目标，基于电励磁双凸极电机转矩产生原理及互感特性设计的电流给定函数，能够根据转矩调节器的输出及此时转子所处的位置计算得到各相所需的电流给定值。电流给定函数输出分别作为三相电流的设定值，解决了电励磁双凸极电机采用传统转矩电流闭环控制，在换相阶段三相同时导通时，三相电流由同一电流给定，三相电流无法同时控制的问题。本发明专利技术充分利用三相的互感变化产生转矩，在降低转矩脉动的同时，提高了三相电流产生转矩的效率。本发明专利技术适用于针对电励磁双凸极电机的转矩性能优化，提升电励磁双凸极电机电动运行时的效率。

A control method to reduce torque ripple of Doubly Salient Electro-Magnetic Motor

【技术实现步骤摘要】
一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法
本专利技术具体公开了一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法，属于电机控制领域。
技术介绍
电励磁双凸极电机作为一种新型特种电机。其电机转子上无绕组和永磁体，具有结构简单，控制灵活，容错性能好，适用恶劣工况的优点，在航空、风力发电、新能源汽车等领域有很好的应用前景。转矩脉动的降低是电机平稳运行所要考虑的重要方面，因此研究电励磁双凸极电机转矩脉动的降低具有极其重要的意义。目前针对电励磁双凸极电机主要采用转速电流双闭环结构，在电流闭环中结合提前、滞后角度控制策略减小转矩脉动。例如申请人申请的中国专利技术专利：一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统，申请号：201610266523.X，提出了一种根据励磁电流方向，转子旋转方向设置提前换相角，滞后关断角的双凸极电机控制方法，提高了双凸极电机的输出功率和工作效率，但其增加了多个导通状态，增加了控制的复杂性，且没有给出提前换相角及滞后关断角的选取方法，实施困难。已发表的论文《电励磁双凸极电机三相六拍控制策略研究》(中国电机工程学报2013.33(12))，介绍了一种“三相六拍”控制策略，其在主电路上下管开通时间同时提前一个角度开通的基础上，再将主电路上管各提前另一个角度开通和关断，以增加电励磁双凸极电机的输出转矩，但其控制角度选取与电机参数、负载等多个物理量有关，需要反复调试，转矩脉动虽然得到一定程度的降低，但仍然相对较大。为此，有学者提出转矩闭环控制策略，以转矩闭环替代电流闭环，能够直接对转矩进行控制，降低了非换相阶段的转矩脉动。例如申请人申请的中国专利技术专利：一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法，申请号：201811346348.0，提出了一种转速转矩双闭环控制结构，控制量为功率变换器的驱动信号，能够直接对转矩闭环控制，降低转矩脉动，但其主要降低了非换相阶段的转矩脉动，换相阶段电流不能突变导致的换相转矩脉动仍然存在，且利用转矩信号直接控制功率管通断，不存在电流闭环，当转矩反馈低于转矩给定较长时间时会使得电枢电流过大。对于电励磁双凸极电机，若采用传统转矩电流闭环控制将转速闭环与电流闭环相结合，在换相阶段三相同时导通时，三相电流由同一电流给定，会产生三相电流无法同时控制的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法，其特征在于：电励磁双凸极电机的励磁转矩公式为Tpe＝p0·ip·if*·(dLpf/dθ)，其中ip表示电枢电流，if表示励磁电流，Lpf表示励磁绕组与相绕组互感，θ表示转子位置角，下标p＝a，b，c表示A、B、C三相。在非换相阶段，阶段I中A相互感上升，B相互感不变，C相互感下降，由励磁转矩公式，若要产生正转矩，则互感变化率为正时，电枢电流应为正；互感变化率为零时，电枢电流为零；互感变化率为负时，电枢电流为负。从而设计得到A、B、C三相的电流给定函数为：其中分别为A、B、C三相的电流给定值，id为电流调节量，是转矩调节器的输出。阶段II换相阶段中A相互感继续上升，但是互感的变化率开始逐步减小到零，此时A电枢电流需逐步减小至零；B相互感开始上升，互感变化率逐步增大，此时B相电枢电流需逐渐增大；C相互感继续下降，互感变化率为负，大小基本不变，此时C相电枢电流保持为负。由此设计得到A、B、C三相的电流给定函数为：其中θ表示转子转过的电角度，Δθ表示阶段II换相期间间隔的角度。阶段III换相阶段中A相互感开始下降，互感变化率由零变为负，此时A相电枢电流需从零变为负，幅值逐渐增大；B相互感继续上升，互感变化率保持在某一值基本不变，此时B相电枢电流保持为正；C相互感继续下降，互感变化率由负值逐渐变为零，此时C相电枢电流由阶段II中保持的负值逐渐变为零。由此设计得到A、B、C三相的电流给定函数为：电励磁双凸极电机绕组采用星形连接，三相电流之和为零，由此所设计的电流给定函数得到的三相电流给定值相加应为零，上述三个阶段下的电流给定值均满足这一条件。一个电周期内其他部分的电流给定函数可以依据以上分析同理得到，从而由转矩调节器的输出和转子位置即可得到A、B、C三相所需的电流给定。有益效果：(1)在转速电流闭环的基础上增加转矩闭环，可以实现对转矩直接控制，从而能够降低转矩脉动。(2)在转矩闭环中的电流给定函数可以根据电机电感和转矩特性来设计，由此得到各相电流给定，分别利用电流滞环或者电压PWM控制使各相电流跟随给定电流即可，控制方便灵活并且提高了三相电流产生转矩的效率。(3)由于三相电流的给定是由转矩闭环的转矩调节器输出来控制，会根据实际的转矩适时的增大或减小电流，从而可以对换相及非换相阶段的转矩脉动均有良好的降低作用。降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法附图说明附图1是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的电励磁双凸极电机及变换器驱动拓扑图；附图2是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的电励磁双凸极电机的截面图；附图3是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的系统控制框图；附图4是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的电励磁双凸极电机电枢绕组与励磁绕组互感曲线及电流给定函数图；附图5是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的三相电流仿真波形图；附图6是应用本专利技术对降低转矩脉动技术的转速、转矩仿真波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术两种容错技术进行详细说明。本专利技术针对的电励磁双凸极电机及其变换器驱动拓扑如图1所示，电励磁双凸极电机由三相全桥变换器驱动，励磁部分由不对称半桥变换器驱动，电励磁双凸极电机截面如图2所示，定转子均为凸极结构，转子上既无永磁体也无绕组。本专利技术的系统控制框图如图3所示，采用转速外环电流内环加中间转矩闭环的三闭环控制结构。图4是本专利技术根据电励磁双凸极电机互感特性及转矩公式设计的电流给定函数的图形。图5是本专利技术控制下，采用Matlab/Simulink仿真得到的电励磁双凸极电机三相电流波形图。图6是本专利技术转速转矩电流三闭环控制下的转速转矩仿真波形。本专利技术具体实施步骤如下：1、电励磁双凸极电机转子位置信号由光电编码器测得，通过微处理器程序计算得到电机转速。如图3所示，由电励磁双凸极电机转速给定n*和转速反馈n作差，经过转速调节器，转速调节器的输出即为转矩给定值转速调节器采用PI调节器，通过对转速给定值的调节即可控制转矩，调节转速。2、电励磁双凸极电机三相电流信号由电流霍尔传感器得到，建立各相转矩Tp与各相电流ip和转子位置θ的关系，得到转矩观测器的离线三维查找表，在电机运行过程中通过对转子位置信号及各相电流值实时查询得到相应的转矩，将各相转矩相加即得到电机转矩反馈Te。3、如图3所示，由转速调节器输出得到的转矩给定值和转矩观测器得到的转矩反馈值Te相减经过转矩调节器得到电流调节量id。以此电流调节量id及转子位置信号作为输入，根据电机电感特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法，其特征在于：/n电励磁双凸极电机的励磁转矩公式为T

【技术特征摘要】
1.一种降低电励磁双凸极电机转矩脉动的控制方法，其特征在于：
电励磁双凸极电机的励磁转矩公式为Tpe＝p0·ip·if*·(dLpf/dθ)，其中p0表示电机极对数，ip表示电枢电流，if表示励磁电流，Lpf表示励磁绕组与相绕组间互感，θ表示电角度，下标p＝a，b，c表示A、B、C三相，阶段I非换相阶段，即0°≤θ＜(120°-Δθ)区间，A相互感上升，B相互感不变，C相互感下降，由励磁转矩公式，当励磁电流为正时，若要产生正转矩，则互感变化率为正时，电枢电流应为正；互感变化率为零时，电枢电流为零；互感变化率为负时，电枢电流为负，从而设计得到A、B、C三相的电流给定函数为：



其中分别为A、B、C三相的电流给定值，id为电流调节量，是转矩调节器的输出，
阶段II换相阶段，即(120°-Δθ)≤θ＜120°区间，A相互感继续上升，但是互感的变化率开始逐步减小到零，此时A相电枢电流需逐步减小至零；B相互感开始上升，互感变化率逐步增大，此时B相电枢电流需逐渐增大；C相互感继续下降，互感变化率为负，大小基本不变，此时C相电枢电流保持为负，由此设计得到A、B、C三相的电流给定函数为：






其中θ表示电角度，Δθ表示阶段II换相期间间隔的角度，
阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊磊，葛红娟，周波，蒋思远，王开淼，
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