基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法技术

本申请公开了一种基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法，涉及电励磁双凸极电机领域，该方法由极坐标系下的励磁转矩公式可将电流的幅值和相角解耦控制，对相角的控制可以减小电机运行的铜耗以提高电机运行的效率，对幅值的控制则可以抑制转矩脉动的产生，由极坐标系下的电流幅值及相角经过反变换即可得到三相电流给定值，利用电流调节器使三相实际电流跟随给定电流，即可实现转矩脉动的抑制。该方法解决了电励磁双凸极电机采用传统的角度控制抑制转矩脉动时，提前或滞后的角度难以选取的问题，在抑制转矩脉动的同时，能够减小电励磁双凸极电机运行时的铜耗，控制简单、灵活。灵活。灵活。

【技术实现步骤摘要】
基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法


[0001]本申请涉及电励磁双凸极电机领域，尤其是一种基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法。

技术介绍

[0002]电励磁双凸极电机(DSEM)是一种新型特种电机，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。但是，由于电励磁双凸极电机定转子双边凸极结构，导致其存在转矩脉动大、噪声大的问题，而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抑制具有重要的意义。
[0003]目前针对电励磁双凸极电机主要采用基于角度位置的转速电流或者转速转矩双闭环控制结构，在电流闭环或者转矩闭环中结合提前、滞后角度控制策略减小转矩脉动。王寅等公开的“一种三相双凸极无刷直流电机的控制方法及其驱动系统”(中国，授权日：2018年9年24日，授权号：CN105790651B)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。张卓然等公开的“一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法”(中国，公开日：2019年3月8日，公开号：CN109450330A)提出一种基于转速转矩双闭环控制结构，能够直接对转矩闭环控制，但是在状态切换过程后由于相电流的续流，仍然存在较大的换相转矩脉动。叶赛等公开的“基于转矩闭环抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法”(中国，授权日：2021年12月17日，授权号CN113411014B)采取转矩闭环替代电流闭环，可以有效抑制换相和非换相转矩脉动，控制结构相对简单，然而转矩信号的测量和获取较为复杂且需要转矩传感器，增加硬件成本。已发表的论文《双凸极无刷直流电机三相九拍控制策略研究》(中国电机工程学报2016.36(10))，该文介绍了一种“三相九拍”控制策略，得到不同转速和转矩下三相九状态控制的开关管优化导通逻辑和提前角参数，但其控制角度选取与电机参数、负载及转速多个物理量有关，需要反复调试。电励磁双凸极电机采用上述所提出的转速电流或者转速转矩双闭环转矩脉动抑制方法时，均加入了角度控制策略，但是存在换相提前滞后角度难以确定，控制策略实施较为困难的问题。
[0004]申请内容
[0005]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法，本申请的技术方案如下：
[0006]一种基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法，该方法包括：
[0007]确定电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式，极坐标系下的励磁转矩公式反映励磁转矩Te与合成电流矢量i
s
和合成磁链变化率矢量之间的关系，ψ
s
是合成磁链，θ是位置信号；
[0008]根据电励磁双凸极电机在abc坐标系下的三相互感磁链对位置信号的偏导确定合成磁链变化率矢量的幅值和相角η；
[0009]基于极坐标系下的励磁转矩公式根据合成磁链变化率矢量的相角η确定使得转矩电流比最大的合成电流矢量i
s
的相角δ，并根据励磁转矩的给定值Te
*
以及合成磁链变化率矢量的幅值确定合成电流矢量i
s
的幅值|i
s
|；
[0010]将极坐标系下的合成电流矢量i
s
的幅值|i
s
|和相角δ转换得到abc坐标系下的三相电流给定值；
[0011]利用电流调节器控制电励磁双凸极电机的三相电流实际值跟随三相电流给定值。
[0012]其进一步的技术方案为，电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式为
[0013]其进一步的技术方案为，确定合成电流矢量i
s
的幅值和相角的方法包括：
[0014]确定使得转矩电流比最大的合成电流矢量i
s
的相角δ等于合成磁链变化率矢量的相角η；
[0015]确定合成电流矢量i
s
的幅值
[0016]其进一步的技术方案为，励磁转矩的给定值Te
*
由电励磁双凸极电机的转速给定值n
*
和转速实际值n的差值经过转速调节器输出得到。
[0017]其进一步的技术方案为，确定电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式的方法包括：
[0018]将电励磁双凸极电机在abc坐标系下的励磁转矩公式变换至αβγ坐标系得到其中，i
(αβγ)
＝C
·
i
(abc)
，ψ
(αβγ)
＝C
·
ψ
(abc)
，为正交矩阵，i
(αβγ)
＝[i
α i
β i
γ
]T
，i
(abc)
＝[i
a i
b i
c
]T
，i
a
、i
b
、i
c
是电励磁双凸极电机在abc坐标系下的三相电流，i
α
、i
β
、i
γ
是电励磁双凸极电机在αβγ坐标系下的电流，ψ
af
、ψ
bf
、ψ
cf
是abc坐标系下的三相互感磁链，ψ
α
、ψ
β
、ψ
γ
是αβγ坐标系下的互感磁链；
[0019]基于电励磁双凸极电机的三相共中性点连接而使的特征，得
到电励磁双凸极电机在αβγ坐标系下的励磁转矩公式
[0020]对电励磁双凸极电机在αβγ坐标系下的励磁转矩公式变换得到极坐标系下励磁转矩公式其中，其中，
[0021]其进一步的技术方案为，确定合成磁链变化率矢量的幅值和相角η的方法包括：
[0022]将电励磁双凸极电机在abc坐标系下的三相互感磁链对位置信号θ的偏导通过3/2变换得到αβγ坐标系下的互感磁链对位置信号θ的偏导为
[0023]由αβγ坐标系下的互感磁链对位置信号θ的偏导变换得到极坐标系下的合成磁链变化率矢量的幅值和相角η为
[0024][0025]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0026]建立电励磁双凸极电机各相的磁链位置对应表，磁链位置对应表反映abc坐标系下的三相互感磁链对位置信号的偏导与位置信号θ的对应关系；
[0027]在电励磁双凸极电机运行过程中，确定磁链位置对应表中与当前的位置信号θ对应的三相互感磁链对位置信号的偏导p＝a,b,c。
[0028]其进一步的技术方案为，建立电励磁双凸极电机各相的磁链位置对应表的方法包括：
[0029]测量电励磁双凸极电机在空载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坐标变换抑制转矩脉动的电励磁双凸极电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：确定电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式，所述极坐标系下的励磁转矩公式反映励磁转矩Te与合成电流矢量i
s
和合成磁链变化率矢量之间的关系，ψ
s
是合成磁链，θ是位置信号；根据所述电励磁双凸极电机在abc坐标系下的三相互感磁链对位置信号的偏导确定合成磁链变化率矢量的幅值和相角η；基于极坐标系下的励磁转矩公式根据合成磁链变化率矢量的相角η确定使得转矩电流比最大的合成电流矢量的相角δ，并根据励磁转矩的给定值Te
*
以及合成磁链变化率矢量的幅值确定合成电流矢量i
s
的幅值|i
s
|；将极坐标系下的合成电流矢量的幅值|i
s
|和相角δ转换得到abc坐标系下的三相电流给定值；利用电流调节器控制所述电励磁双凸极电机的三相电流实际值跟随所述三相电流给定值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式为3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定合成电流矢量i
s
的幅值和相角的方法包括：确定使得转矩电流比最大的合成电流矢量i
s
的相角δ等于合成磁链变化率矢量的相角η；确定合成电流矢量的幅值4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述励磁转矩的给定值Te
*
由所述电励磁双凸极电机的转速给定值n
*
和转速实际值n的差值经过转速调节器输出得到。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定电励磁双凸极电机在极坐标系下的励磁转矩公式的方法包括：将电励磁双凸极电机在abc坐标系下的励磁转矩公式变换至αβγ坐标系得到其中，i
(αβγ)
＝C
·
i
(abc)
，ψ
(αβγ)
＝C
·
ψ
(abc)
，
为正交矩阵，i
(αβγ)
＝[i
α i
β i
γ
]
T
，i
(abc)
＝[i
a i
b i
c
]
T
，i
a
、i
b
、i
c

【专利技术属性】
技术研发人员：熊磊，葛红娟，周波，史宏俊，蒋思远，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：