一种开关磁阻电机的降噪控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机降噪控制方法及系统，通过调整换相角和电压，控制开关磁阻电机运行；采用开关磁阻电机转矩控制与换相控制相结合的方式，通过实时控制开关磁阻电机输出的总转矩，动态调整开关磁阻电机各相开关激励状态；经过动态调整后的各相开关换相转矩脉动减小，开关磁阻电机运行的空气噪声和机械振动随之减小，使得总转矩波动处于预设范围内。上述方案针对开关磁阻电机固有的换相转矩脉动问题，优化开关磁阻电机的转矩控制特性，从而降低开关磁阻电机运行的空气噪声，减小开关磁阻电机运行的高频机械抖动。关磁阻电机运行的高频机械抖动。关磁阻电机运行的高频机械抖动。

A noise reduction control method and system for switched reluctance motor

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机的降噪控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及开关磁阻电机控制
，具体涉及一种开关磁阻电机的降噪控制方法及系统。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机是一种利用磁阻效应的新型调速电机，调速系统一般采用电力电子功率开关管组成的H桥型电路为基础，单H桥为开关磁阻电机的一相驱动；其具有直流系统调速范围宽和交流系统成本低适应范围广的优点，是继交流变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的新一代无级调速系统。开关磁阻电机组成的电机系统，调速范围宽，调速性能优异，调速系统没有电力电子开关管功率桥臂短路风险，控制中不需要插入死区，减小了不必要的损耗，在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
[0003]开关磁阻电机的本体结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围数十W～数MW的各种高低速驱动调速系统。开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用(电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域)。
[0004]由于开关磁阻电机利用磁阻效应的机理工作，开关磁阻电机绕组电感随转子位置不同而非线性变化，其总的输出电磁转矩为各相绕组转矩的合成，每相转矩与此相绕组的定子电感以及电流相关，为非线性，故存在较大的转矩脉动，从而运行中存在较大的空气及机械噪声。
[0005]开关磁阻电机的转矩脉动，主要来源于换相过程，换相过程中，关断相电流按指数形式缓慢减小，其转矩急剧减小；而开通相转矩未完全建立，总的输出转矩存在较大的凹陷，尤其是中低速范围内重载条件下，转矩波动更加巨大。运行在中低速范围内时，其反电势低，关断角可以尽量接近转速方向上的电感上升区末端，通过绕组负压能有足够的时间进行绕组能量泄放，而不会造成电流拖尾，从而引起负转矩而降低开关磁阻电机运行效率；在中高速范围内，其反电势高，需适当提前关断，以给绕组足够的时间进行能量泄放，但此时因转速较高，换相转矩脉动频率高，由其产生的空气噪声和机械振动频率高，影响相对小。因此要着重减小中低速的换相转矩脉动。

技术实现思路

[0006]鉴于开关磁阻电机系统运行中存在以上问题，本专利技术提出一种开关磁阻电机的降噪控制方法及系统，通过对开关磁阻电机总的输出转矩控制，动态调整各相的开关激励状态，尤其是换相过程中的开关状态，保持输出转矩基本恒定，从而减小噪声；经过实际运转测试，验证了本方案的可行性和稳定性。
[0007]本专利技术通过以下内容实现：
[0008]一种开关磁阻电机降噪控制方法，所述方法包括：
[0009]通过调整换相角和电压，控制开关磁阻电机运行；
[0010]采用开关磁阻电机转矩控制与换相控制相结合的方式，通过实时控制开关磁阻电机输出的总转矩，动态调整开关磁阻电机各相开关激励状态；
[0011]经过动态调整后的各相开关换相转矩脉动减小，开关磁阻电机运行的空气噪声和机械振动随之减小，使得总转矩波动处于预设范围内。
[0012]优选的，所述换相角调整包括：基于开通与关断角度值随着转速提高线性超前、导通角度随着转速提高而线性减小的变化规律提高转速，直至开通与关断角度值达到最大超前值，导通角度达到最小导通角度范围；
[0013]将开关磁阻电机每一相的开通阶段划分为导通角度范围内的正常开通阶段和从关断角起始点至运行方向上定子电感最大值起始点的换相过渡阶段；
[0014]其中，所述定子电感最大值起始点根据开关磁阻电机的定转子极弧系数进行确定。
[0015]优选的，所述电压调整包括：所述开关磁阻电机各相是由2个功率MOS管和2个二极管组成的非对称H桥型电路；调压时，针对功率MOS管和功率二极管组成的非对称H桥，采用上管定频高频调节、下管常开机制，正常满压调节时，采用非定频调节方式进行电压调整。
[0016]优选的，所述实时控制开关磁阻电机输出的总转矩包括：采用转速外环与转矩内环DITC控制双闭环策略，将转速外环输出的目标总转矩值作为转矩内环DITC控制的输入，通过动态调整所述转矩内环DITC控制的输出，使得开关磁阻电机输出的总转矩达到开关磁阻电机的目标转矩。
[0017]进一步地，获取所述转速外环输出的目标总转矩值包括：采样开关磁阻电机位置传感器信息，计算实时转速，通过转速PI调节，调节器输出得到开关磁阻电机的目标转矩。
[0018]进一步地，所述转矩内环DITC控制包括：采样开关磁阻电机各相实时角度和各相电流值，采用转矩、电流标幺化算法，针对不同电流峰值、不同转矩峰值的开关磁阻电机，以最大值十进制为标幺化目标进行标幺化运算，确定各自在预先定义的转矩
‑
角度
‑
电流T
‑
θ
‑
i关系曲线中的角度下标和电流下标，根据角度和电流下标查找相应相的开关磁阻电机实际转矩；得到每相的实际转矩值后，经过合成获得实际总转矩值；
[0019]通过对比获得所述实际总转矩值与目标总转矩值之间的转矩差值，并将所述转矩差值输入滞环调节器，通过滞环控制输出开关磁阻电机绕组开关状态；根据当前状态下的转子角度驱动三相功率桥，继而驱动开关磁阻电机，完成转矩内环DITC控制。
[0020]进一步地，所述将实时总转矩控制为开关磁阻电机目标转矩包括：在开关磁阻电机每相开通且实际总转矩值未达到目标总转矩值之前，采用降压控制；到达后，采用全压控制，减小开通瞬间的电流过冲。
[0021]进一步地，所述将转矩差值输入滞环调节器，通过滞环控制输出开关磁阻电机绕组开关状态包括：在非换相运行状态时，设二级滞环的第一级和第二级滞环值分别为ΔT
Low
和ΔT
High
，通过如下式所示的二级滞环算法计算开关磁阻电机绕组开关状态，NC表示状态不改变，且0＜ΔT
Low
＜ΔT
High
：
[0022][0023]其中，1、0、
‑
1分别表示开关磁阻电机绕组的工作状态：工作状态“1”表示开关磁阻电机绕组供电，Q1和Q2开通，电流方向为“V
s+
→
Q1
→
L
a
→
Q2
→
R
s
→
V
s
‑”，此状态下开关磁阻电机绕组加正压，电流上升，能量从电源往电机内转移；工作状态“0”表示Q1关断，Q2开通，电流方向为“D1
→
L
a
→
Q2
→
D1”，此状态下，开关磁阻电机绕组电流自然续流，由于绕组电阻作用，电流缓慢下降；工作状态
“‑
1”表示Q1和Q2都关断，电流方向为“V
s
‑
→
R
s
→
D1
→
L
a
→
D2
→
V
s+”，此状态下，开关磁阻电机绕组加负压，绕组电流快速下降，绕组储能能量由电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于，所述方法包括：通过调整换相角和电压，控制开关磁阻电机运行；采用开关磁阻电机转矩控制与换相控制相结合的方式，通过实时控制开关磁阻电机输出的总转矩，动态调整开关磁阻电机各相开关激励状态；经过动态调整后的各相开关换相转矩脉动减小，开关磁阻电机运行的空气噪声和机械振动随之减小，使得总转矩波动处于预设范围内。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：所述换相角调整包括：基于开通与关断角度值随着转速提高线性超前、导通角度随着转速提高而线性减小的变化规律提高转速，直至开通与关断角度值达到最大超前值，导通角度达到最小导通角度范围；将开关磁阻电机每一相的开通阶段划分为导通角度范围内的正常开通阶段和从关断角起始点至运行方向上定子电感最大值起始点的换相过渡阶段；其中，所述定子电感最大值起始点根据开关磁阻电机的定转子极弧系数进行确定。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：所述电压调整包括：所述开关磁阻电机各相是由2个功率MOS管和2个二极管组成的非对称H桥型电路；调压时，针对功率MOS管和功率二极管组成的非对称H桥，采用上管定频高频调节、下管常开机制，正常满压调节时，采用非定频调节方式进行电压调整。4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：所述实时控制开关磁阻电机输出的总转矩包括：采用转速外环与转矩内环DITC控制双闭环策略，将转速外环输出的目标总转矩值作为转矩内环DITC控制的输入，通过动态调整所述转矩内环DITC控制的输出，使得开关磁阻电机输出的总转矩达到开关磁阻电机的目标转矩。5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：获取所述转速外环输出的目标总转矩值包括：采样开关磁阻电机位置传感器信息，计算实时转速，通过转速PI调节，调节器输出得到开关磁阻电机的目标转矩。6.根据权利要求4所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：所述转矩内环DITC控制包括：采样开关磁阻电机各相实时角度和各相电流值，采用转矩、电流标幺化算法，针对不同电流峰值、不同转矩峰值的开关磁阻电机，以最大值十进制为标幺化目标进行标幺化运算，确定各自在预先定义的转矩
‑
角度
‑
电流T
‑
θ
‑
i关系曲线中的角度下标和电流下标，根据角度和电流下标查找相应相的开关磁阻电机实际转矩；得到每相的实际转矩值后，经过合成获得实际总转矩值；通过对比获得所述实际总转矩值与目标总转矩值之间的转矩差值，并将所述转矩差值输入滞环调节器，通过滞环控制输出开关磁阻电机绕组开关状态；根据当前状态下的转子角度驱动三相功率桥，继而驱动开关磁阻电机，完成转矩内环DITC控制。7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机降噪控制方法，其特征在于：所述将实时总转矩控制为开关磁阻电机目标转矩包括：在开关磁阻电机每相开通且实际总转矩值未达到目标总转矩值之前，采用降压控制；到达后，采用全压控制，减小开通瞬间的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛超，甄鹏，
申请(专利权)人：盛超，
类型：发明
国别省市：