一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统，该预测控制方法包括：根据参考转矩及新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式建立转矩分配模型；在电机换相期间，根据上一时刻各相转矩预测值和各相参考转矩修正值计算各相参考转矩补偿值；根据新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式，将每一个工作模式下电机的一个工作周期划分为八个区，从而根据转子位置确定出候选电压状态；通过比较不同候选电压状态下的成本函数值并确定函数值最小的电压状态，实现候选电压寻优，以此确定出功率变换器的驱动信号。本发明专利技术提高了双定子开关磁阻电机实际转矩对参考转矩跟踪精确性，并对电机五种工作模式的转矩脉动都有较好的抑制效果。有较好的抑制效果。有较好的抑制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统


[0001]本专利技术属于新型电机控制领域，尤其涉及一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法及装置、系统。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机(Switched Reluctance motor，SRM)具有可靠性高、成本低、结构简单、起动转矩大和调速范围宽等优点。新型双定子开关磁阻电机(Double Stator Switched Reluctance Motor,DSSRM)具有内定子、外定子、双定子、内外定子串联和并联五种工作模式，但转矩脉动大的缺点仍然很明显。目前学者们已经提出了很多转矩脉动抑制策略，但是将预测控制用于转矩脉动抑制策略的相对较少。预测控制逻辑清晰简单，动态响应快，电流控制超调低，可以实现不断滚动的局部优化，对于非线性系统具有较好的控制性能，同时解决了传统迟滞控制器存在的控制时延问题，能够很好的抑制开关磁阻电机这类电磁特性高度非线性的系统。
[0003]然而，目前预测控制在具有多模式运行特性的新型双定子开关磁阻电机上的应用仍处在空白阶段。因此，目前亟需设计一种针对于新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，结合电机结构特点，用于降低电机的转矩脉动，提高新型双定子开关磁阻电机的竞争力。

技术实现思路

[0004]了解决上述问题，本专利技术提出了一种针对于双定子开关磁阻电机预测控制方法及装置、系统，本专利技术不仅有效解决了采样与控制周期延迟问题，还优化了电机换相过程，对新型双定子开关磁阻电机在五种工作模式下的转矩脉动都有较好的抑制效果。
[0005]本专利技术按以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，所述新型双定子开关磁阻电机为模块化U型双定子结构，相数为四相；所述新型双定子开关磁阻电机通过两个定子提供电磁转矩，并且具有内定子工作模式、外定子工作模式、双定子工作模式、内外定子并联和串联五种工作模式，该预测控制方法包括：
[0007]获取新型双定子开关磁阻电机的参考转矩；
[0008]根据参考转矩及新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式建立转矩分配模型；
[0009]在电机换相期间，根据上一时刻各相转矩预测值和各相参考转矩修正值计算各相参考转矩补偿值；所述各相参考转矩修正值为各相参考转矩与参考转矩补偿值的和；
[0010]根据新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式，将每一个工作模式下电机的一个工作周期划分为八个区，从而根据转子位置确定出候选电压状态；
[0011]建立关于各相预测转矩和各相参考转矩修正值的成本函数；
[0012]比较不同候选电压状态下的成本函数值并确定函数值最小的电压状态，实现候选电压寻优，以此确定出功率变换器的驱动信号。
[0013]在一种实施方式中，所述根据参考转矩及新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式建立转矩分配模型，包括：
[0014]设置一周期内内外定子各相开通角和关断角；
[0015]将参考转矩分配为内外定子参考转矩；
[0016]内外定子参考转矩分配原则如下：对于内定子工作模式和外定子工作模式，新型双定子开关磁阻电机输出转矩由单定子工作提供，不进行转矩分配；对于内外定子串联工作模式，内外定子各相绕组同时导通且绕组电流相同，不进行转矩分配；对于内外定子并联工作模式和双定子工作模式，若总参考转矩小于内定子所能产生最大电磁转矩的两倍，则分配给内外定子参考转矩都为0.5倍总参考转矩，若总参考转矩大于内定子所能产生的最大电磁转矩的两倍，则使内定子输出最大电磁转矩，外定子输出剩余参考转矩；
[0017]在分配完内外定子参考转矩的基础上再进行电机各相参考转矩分配。
[0018]在一种实施方式中，所述设置一周期内内外定子各相开通角和关断角，具体为：各相开通角和关断角外定子比内定子提前2.5个机械角度，导通角为7.5个机械角度。
[0019]在一种实施方式中，所述电机各相参考转矩分配选取余弦型TSF进行内外定子各相参考转矩分配。
[0020]在一种实施方式中，所述在电机换相期间，根据上一时刻各相转矩预测值和各相参考转矩修正值计算出各相参考转矩补偿值，包括：
[0021]利用预测转矩和参考转矩修正值的误差提供补偿转矩；
[0022]根据转子位置判断正在换相的两相；
[0023]通过比较磁链变化率绝对值，输出磁链变化率较大对应相位的补偿转矩。
[0024]在一种实施方式中，所述各相转矩预测值通过利用预测相电流和转子位置进行查表获得，具体过程包括：
[0025]建立一个线性模型进行分析，新型双定子开关磁阻电机的k相绕组平衡电压方程为：
[0026][0027]式中，U
k
为k相绕组电压，i
k
为k相绕组电流，R
k
为k相绕组电阻，θ为转子位置，ψ(i
k
，θ)为k相绕组磁链；
[0028]在线性模型中，新型双定子开关磁阻电机的k相绕组瞬时转矩表示为：
[0029][0030]式中，T(k)为k相绕组瞬时转矩，i
k
为k相绕组电流，L(k)为k相电感；
[0031]通过有限元仿真分析得到电机转矩—转子位置—电流和磁链—转子位置—电流的函数关系，忽略相间电感，可得电机相绕组电压平衡方程及电流关于时间的导数：
[0032][0033][0034]式中，U
k
为k相绕组电压，i
k
为k相绕组电流，R
k
为k相绕组电阻，θ为转子位置，L(θ)为相电感，ω为电机角速度；
[0035]利用离散时间形式，通过下式预测电机相电流和转子位置，
[0036][0037]式中，θ
(k)
和i
(k)
分别为当前时刻转子位置和相绕绕组电流，θ
(k+1)
和i
(k+1)
分别为预测的下一采样时刻转子位置和相绕组电流，T
s
为离散采样时间；
[0038]利用预测的相电流和转子位置使用查表法预测下一采样时刻的各相输出转矩。
[0039]在一种实施方式中，所述根据新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式，将每一个工作模式下电机的一个工作周期划分为八个区，从而根据转子位置确定出候选电压状态，具体包括：
[0040]当新型双定子开关磁阻电机处于内定子工作模式和外定子工作模式时，八个区域分为两类：内或外定子单向导通区和内或外定子换相区；当新型双定子开关磁阻电机处于内外定子串联工作模式和内外定子并联工作模式时，八个区域可分为两类：内外定子单向导通区和内外定子换相区；
[0041]当新型双定子开关磁阻电机处于双定子工作模式时，八个区域分为两类：内定子单向导通及外定子换相区和外定子单向导通及内定子换相区；
[0042]根据新型双定子开关磁阻电机每相的三种电压状态(
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述新型双定子开关磁阻电机为模块化U型双定子结构，相数为四相；所述新型双定子开关磁阻电机通过两个定子提供电磁转矩，并且具有内定子工作模式、外定子工作模式、双定子工作模式、内外定子并联和串联五种工作模式，该预测控制方法包括：获取新型双定子开关磁阻电机的参考转矩；根据参考转矩及新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式建立转矩分配模型；在电机换相期间，根据上一时刻各相转矩预测值和各相参考转矩修正值计算各相参考转矩补偿值；所述各相参考转矩修正值为各相参考转矩与参考转矩补偿值的和；根据新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式，将每一个工作模式下电机的一个工作周期划分为八个区，从而根据转子位置确定出候选电压状态；建立关于各相预测转矩和各相参考转矩修正值的成本函数；比较不同候选电压状态下的成本函数值并确定函数值最小的电压状态，实现候选电压寻优，以此确定出功率变换器的驱动信号。2.根据权利要求1所述的新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述根据参考转矩及新型双定子开关磁阻电机的五种工作模式建立转矩分配模型，包括：设置一周期内内外定子各相开通角和关断角；将参考转矩分配为内外定子参考转矩；内外定子参考转矩分配原则如下：对于内定子工作模式和外定子工作模式，新型双定子开关磁阻电机输出转矩由单定子工作提供，不进行转矩分配；对于内外定子串联工作模式，内外定子各相绕组同时导通且绕组电流相同，不进行转矩分配；对于内外定子并联工作模式和双定子工作模式，若总参考转矩小于内定子所能产生最大电磁转矩的两倍，则分配给内外定子参考转矩都为0.5倍总参考转矩，若总参考转矩大于内定子所能产生的最大电磁转矩的两倍，则使内定子输出最大电磁转矩，外定子输出剩余参考转矩；在分配完内外定子参考转矩的基础上再进行电机各相参考转矩分配。3.根据权利要求2所述的新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述设置一周期内内外定子各相开通角和关断角，具体为：各相开通角和关断角外定子比内定子提前2.5个机械角度，导通角为7.5个机械角度。4.根据权利要求2所述的新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述电机各相参考转矩分配选取余弦型TSF进行内外定子各相参考转矩分配。5.根据权利要求1所述的新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述在电机换相期间，根据上一时刻各相转矩预测值和各相参考转矩修正值计算出各相参考转矩补偿值，包括：利用预测转矩和参考转矩修正值的误差提供补偿转矩；根据转子位置判断正在换相的两相；通过比较磁链变化率绝对值，输出磁链变化率较大对应相位的补偿转矩。6.根据权利要求1所述的新型双定子开关磁阻电机的预测控制方法，其特征在于，所述各相转矩预测值通过利用预测相电流和转子位置进行查表获得，具体过程包括：建立一个线性模型进行分析，新型双定子开关磁阻电机的k相绕组平衡电压方程为：
式中，U
k
为k相绕组电压，i
k
为k相绕组电流，R
k
为k相绕组电阻，θ为转子位置，ψ(i
k
，θ)为k相绕组磁链；在线性模型中，新型双定子开关磁阻电机的k相绕组瞬时转矩表示为：式中，T(k)为k相绕组瞬时转矩，i
k
为k相绕组电流，L(k)为k相电感；通过有限元仿真分析得到电机转矩—转子位置—电流和磁链—转子位置—电流的函数关系，忽略相间电感，可得电机相绕组电压平衡方程及电流关于时间的导数：数关系，忽略相间电感，可得电机相绕组电压平衡方程及电流关于时间的导数：式中，U...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫文举，张东，张坤，陈昊，于丰源，李海龙，王为超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：