一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法。将转矩分配与模型预测控制相结合，在转矩分配中，考虑对模型预估误差的补偿，获取各相的参考转矩，在模型预测控制中，构建包含相参考转矩跟踪误差的代价函数，通过寻求使代价函数最优的控制信号，实现兼顾运行效率的开关磁阻电机转矩波动抑制。该方法具有能够同时优化转矩波动和系统效率以及减小模型预估误差影响等优势。

A predictive control method for torque distribution model of SRM

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法
本专利技术涉及一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法，属于电机高性能控制领域。
技术介绍
转矩波动限制了开关磁阻电机的广泛应用，而转矩波动抑制方法往往会导致系统运行效率的明显下降。为了解决这一矛盾，需要运用多目标优化控制策略。模型预测控制能够充分利用系统模型，通过寻求代价函数的极值，获取使多种性能指标综合最优的方案。模型预测控制实质上提供了一种控制框架，其自身并不能减小转矩波动，为了实现兼顾其他性能的转矩波动抑制，需要如下几个关键环节：(1)通过一种途径获得能够减小转矩波动的相参考转矩或相参考电流；(2)构建包含相参考转矩或相参考电流跟踪误差在内的代价函数，并确定权重系数；(3)寻求使代价函数最优的控制信号，并施加于电机的功率变换器。基于电机模型对实际相转矩或相电流进行预估，是实现环节(2)中跟踪的关键，也是模型预测控制的重要特点。然而，现有开关磁阻电机模型，尤其是基于少量样本数据的模型，存在较大的预估误差。比如，基于对齐位置和非对齐位置处磁链特性建立的开关磁阻电机转矩预估模型，往往会在非对齐位置到定转子极开始重叠位置间得到明显大于实际转矩的预估值。为了解决这一问题，需要在其他环节，比如转矩分配，加以补偿。
技术实现思路
本专利技术将转矩分配与模型预测相结合，并在转矩分配中考虑对模型预估误差的补偿，实现兼顾运行效率的开关磁阻电机转矩波动抑制。该控制方法的实现步骤如下：步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧；步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角；步骤三：在单相导通区，将由转速外环得到的参考转矩全部施加于导通相；步骤四：将由转矩分配过程得到的相参考转矩、估算得到的相电流与相转矩作为模型预测控制方法的输入量，利用代价函数J(k)生成使其值最小的各相工作状态，代价函数定义为J(k)＝εT(k+2)+εI(k+2)+εsw(k+1)，εT(k)＝qT(Te(k)-Tref(k))2、分别为代价函数中代表转矩波动、电机铜耗以及开关损耗的部分，其中qT、qI与qsw分别为各部分的权重系数，Te为预估的总电磁转矩，ie,p为预估相电流，Im为电机最大相电流，sp为相工作状态，k为采样点序号；步骤五：将在步骤四中获得的各相工作状态转换为开关管的开关信号，并施加于功率开关管，实现对电机的控制；工作状态到开关信号的转换原则为：工作状态为励磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时开通；工作状态为零压续流时，上桥臂和下桥臂开关管中的一个开通，另一个关断；工作状态为去磁时，上桥臂和下桥臂开关管同时关断。本专利技术的有益效果：①多目标优化。在兼顾运行效率的同时，减小电机的转矩波动；②误差补偿。针对小样本模型存在的预估误差，在转矩分配函数中进行补偿。附图说明图1为开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法原理框图。图2为实例电机开通相转矩分配函数曲线。图3为实例电机关断相转矩分配函数曲线。图4为实例电机A相功率变换器拓扑图。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极的开关磁阻电机，依据图1所示原理框图，实施步骤如下：步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，在该实例中取θoff＝18°，相对于下一开通相为3°；θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧，对于实例电机，τr＝45°，βs＝15°，βr＝17°，所以θc＝6.5°；实例电机开通相转矩分配函数曲线见图2；步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角，实例电机关断相转矩分配函数曲线见图3；步骤三：在单相导通区，将由转速外环得到的参考转矩全部施加于导通相；步骤四：将由转矩分配过程得到的相参考转矩、估算得到的相电流与相转矩作为模型预测控制方法的输入量，利用代价函数J(k)生成使其值最小的各相工作状态，代价函数定义为J(k)＝εT(k+2)+εI(k+2)+εsw(k+1)，εT(k)＝qT(Te(k)-Tref(k))2、分别为代价函数中代表转矩波动、电机铜耗以及开关损耗的部分，其中qT、qI与qsw分别为各部分的权重系数，Te为预估的总电磁转矩，ie,p为预估相电流，Im为电机最大相电流，sp为相工作状态，k为采样点序号；在该实例中，取qT＝10，qI＝0.04，qsw＝0，Im＝25A；步骤五：将在步骤四中获得的各相工作状态转换为开关管的开关信号，并施加于功率开关管，实现对电机的控制；以图4所示实例电机A相功率变换器拓扑为例，工作状态到开关信号的转换原则为：工作状态为励磁时，开关管V1和V2同时开通；工作状态为零压续流时，开关管V1和V2中的一个开通，另一个关断；工作状态为去磁时，开关管V1和V2同时关断。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法，其特征在于：首先利用所构建的转矩分配函数，将由转速外环得到的参考转矩分配到电机各相，而后基于模型预测控制原理，实现包括转矩波动系数在内的多目标在线寻优控制。该控制方法的实现步骤如下：/n步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机转矩分配模型预测控制方法，其特征在于：首先利用所构建的转矩分配函数，将由转速外环得到的参考转矩分配到电机各相，而后基于模型预测控制原理，实现包括转矩波动系数在内的多目标在线寻优控制。该控制方法的实现步骤如下：
步骤一：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给开通相，分配函数为其中Tincoming为开通相所分配的转矩，即开通相在换相区的参考转矩，Tref为转速外环得到的参考转矩，θincoming为相对于开通相的转子位置角，θoff为关断相的关断角，θc为电机定转子极开始重合的位置，表示为θc＝(τr-βs-βr)/2，其中τr为转子极距，βs和βr分别为定子和转子极弧；
步骤二：在电机换相区，将由转速外环得到的参考转矩按照分配函数分配给关断相，分配函数为其中Toutgoing为关断相所分配的转矩，即关断相在换相区的参考转矩，θoutgoing为相对于关断相的转子位置角；
步骤三：...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋受俊，黑闰山，马瑞卿，刘卫国，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61