基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法，属于电机控制领域。包括区间分段转矩分配函数模块，根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩，能将换相区间进行实时分区，在不同的区间会产生不同的相参考转矩；转矩滞环控制器用来跟踪区间分段转矩分配函数模块输出的各相参考转矩，将输出的控制信号传递给功率变换器来控制开关器件的导通与关断用来驱动系统正常运行。本发明专利技术能够在换相区间根据前后两相的转矩产生特性实时分区，与传统的转矩分配函数控制策略相比，可以不事先规定具体的转矩分配函数，能够在宽调速范围实现转矩脉动最小化。能够在宽调速范围实现转矩脉动最小化。能够在宽调速范围实现转矩脉动最小化。

【技术实现步骤摘要】
基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法


[0001]本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统及方法。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机(Switched Reluctance motor,SRM)具有结构简单，成本低，可靠性高，调速范围广的特点，在航空航天及新能源电动车等领域拥有良好的发展前景。但是，由于电机本身的双凸极结构和高度的非线性电磁特性，导致开关磁阻电机驱动系统具有噪声和转矩脉动大，功率密度低等不足。由于SRM脉冲式供电方式，尤其在电机换相期间，会造成大的转矩波动，传统的控制方式不能抑制在换相期间产生的转矩脉动。传统的转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)控制策略通过在换相区间以函数的形式给各相分配合理的参考转矩来达到转矩脉动抑制的效果，但是这种控制方法算法复杂，对控制器硬件要求高，没有充分考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力，对转矩脉动抑制的效果有待提高。
[0003]文献《基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制》虽然研究了一种不事先规定具体的转矩分配函数控制策略，在换相期间使前一相始终去磁，将总的参考转矩与前一相的差值始终作为后一相的相参考转矩，只对后一相进行转矩分配，但是没有考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力，导致后一相转矩的增加不足以补偿前一相转矩的跌落，造成一定的转矩脉动。
[0004]综上所述，目前需要一种算法简单且能够充分考虑换相期间前后两相的转矩跟踪能力的转矩分配函数策略来抑制转矩脉动。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术提供了一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统及方法。所述方案结合区间分段和转矩分配函数的思想，将换相区间根据前后两相的转矩产生能力实时分区，进一步抑制系统的转矩脉动。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0007]第一方面；提供一种基于区间分段的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统及方法，包括开关磁阻电机、位置传感器、功率变换器、电流传感器、PID速度控制器、转矩滞环控制器、转速计算模块、转矩计算模块、区间分段转矩分配函数模块；
[0008]位置传感器和电流传感器分别获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；
[0009]转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的瞬时相转矩值；
[0010]转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的实际转速值；
[0011]PID速度控制器根据给定转速与实际转速的偏差值作为PID速度控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；
[0012]区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩。
[0013]根据位置传感器和电流传感器获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的相转矩值；转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的转速值；根据系统给定的参考转速与电机反馈的实际转速的偏差值作为PID转速控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的相转矩，系统设定的开通关断角和各相反馈的位置信号输出各相的参考转矩；转矩滞环控制器用来跟踪区间分段的转矩分配函数模块输出的各相参考转矩，最后将输出的控制信号传递给功率变换器来控制开关器件的导通与关断用来驱动系统正常运行。
[0014]根据本申请实施例提供的技术方案，所述的转矩计算模块根据有限元仿真获取的转子位置和电流值的二维数据表通过线性插值查表法获取。
[0015]根据本申请实施例提供的技术方案，所述的转速计算模块根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿通过控制器内部定时器计数计算获取。
[0016]根据本申请实施例提供的技术方案，所述的PID控制器根据传统的比例积分微分公式获取系统总参考转矩。
[0017]根据本申请实施例提供的技术方案，所述区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间进行实时分区，第一区间定义为输出相产生的转矩大于输入相产生的转矩，第二区间定义为输入相产生的转矩大于输出相产生的转矩，
[0018]在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩；
[0019]在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为反方向的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。
[0020]所述的转矩滞环控制器采用硬斩波的方式进行跟踪参考相转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式，采用这种方式能够提高相转矩跟踪的响应速度。
[0021]进一步的，所述的转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。
[0022]第二方面：提供一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制方法，该控制方法的具体步骤是：
[0023]步骤5
‑
1：设置系统运行的开通角、关断角，初始化电周期个数循环变量n＝1；
[0024]步骤5
‑
2：获取换相期间输出相和输入相的相电流和位置信号，其中输出相的相电流和位置信号分别记为i
k
、θ
k
，输入相的相电流和位置信号分别记为i
k+1
、θ
k+1
；
[0025]步骤5
‑
3：获取换相期间输出相和输入相的瞬时相转矩值，其中输出相的瞬时相转矩记为T
k
，输入相的瞬时相转矩记为T
k+1
；
[0026]步骤5
‑
4：在换相期间判断输出相瞬时相转矩和输入相瞬时相转矩的大小关系；若如果判定结果为输出相的瞬时相转矩T
k
大于输入相的瞬时相转矩T
k+1
，系统运行在第一区
间，则采取公式(2)的转矩分配函数f(T，θ)来对系统进行控制：
[0027][0028]如果判定结果为输入相的瞬时相转矩大于输出相的瞬时相转矩，系统运行在第二区间，则采取公式(3)的转矩分配函数来对系统进行控制：
[0029][0030]式中，θ
on
为开通角，θ
off
为关断角，θ
ov
为换相重叠角,τ为转子极距，T
ref
总参考转矩；
[0031]步骤5<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，包括开关磁阻电机、位置传感器、功率变换器、电流传感器、PID速度控制器、转矩滞环控制器、转速计算模块、转矩计算模块，其特征在于，该控制系统还包括区间分段转矩分配函数模块，位置传感器和电流传感器分别获取电机实时运行的各相位置信号和电流值；转矩计算模块根据各相的位置信号和电流值获取电机实时运行的瞬时相转矩值；转速计算模块根据位置信号获取电机实时运行的实际转速值；PID速度控制器根据给定转速与实际转速的偏差值作为PID速度控制器的输入，输出为系统的总参考转矩；区间分段转矩分配函数模块根据总参考转矩、实时反馈的瞬时相转矩值、系统设定的开通角及关断角、各相反馈的位置信号输出各相的相参考转矩。2.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述区间分段转矩分配函数模块不事先规定具体的转矩分配函数，根据换相区间前后两相实时产生的转矩大小将换相区间进行实时分区，第一区间定义为输出相产生的转矩大于输入相产生的转矩，第二区间定义为输入相产生的转矩大于输出相产生的转矩，在第一区间，对输入相进行励磁控制，即输入相绕组两端所加电压为直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输入相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输出相的相参考转矩，输出相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输出相的相参考转矩；在第二区间，对输出相进行去磁控制，即输出相绕组两端所加电压为负的直流母线电压，将系统产生的总参考转矩与输出相实时反馈的瞬时相转矩的偏差值作为输入相的相参考转矩，输入相实时反馈的瞬时相转矩通过转矩滞环控制器跟踪输入相的相参考转矩。3.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述转矩计算模块根据有限元仿真获取的转子位置和电流值的二维数据表，再通过线性插值查表法获取瞬时相转矩值；所述转速计算模块根据控制器捕获的其中任意一相的位置信号两个相邻的脉冲边沿利用控制器内部定时器计数计算获取实际转速值；所述PID速度控制器根据比例积分微分公式获取系统的总参考转矩；所述转矩滞环控制器采用硬斩波的方式进行跟踪相参考转矩，即每一相的两个功率开关器件采用同时开通同时关断的形式。4.根据权利要求1所述的基于区间分段的SRM转矩分配函数控制系统，其特征在于，所述转矩滞环控制器滞环宽度设置为系统负载转矩的百分之五，防止滞环宽度设置不合理在滞环宽度范围内响应不及时引起大的转矩脉动和开关损耗。5.一种基于区间分段的SRM转矩分配函数控制方法，该控制方法的具体步骤是：步骤5
‑
1：设置系统运行的开通角、关断角，初始化电周期个数循环变量n＝1；步骤5
‑
2：获取换相期间输出相和输入相的相电流和位置信号，其中输出相的相电流和位置信号分别记为i
k
、θ
k
，输入相的相电流和位置信号分别记为i
k+1
、θ
k+1
；步骤5
‑
3：获取换相期间输出相和输入相的瞬时相转矩值，其中输出相的瞬时相转矩记为T
k
，输入相的瞬时相转矩记为T
k+1
；步骤5
‑
4：在换相期间判断输出相瞬时相转矩和输入相瞬时相转矩的大小关系；若如果判定结果为输出相的瞬时相转矩T
k

【专利技术属性】
技术研发人员：胡艳芳，康智勇，沈晨，孙德博，谷存江，张宗，李永建，苏鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：