基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电机控制领域，提供了一种基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法及系统，采用转速环结合模糊逻辑的代价函数优化占空比的控制结构，其中转速环采用预处理后的速度偏差作为输入对转速进行调节，输出作为参考电流和参考转矩，同时利用电流、位置和电压等信息预测出下一周期的电流，并根据电流和位置信息查表得到实际转矩，对转速环输出的参考电流进行补偿，然后将补偿后的控制电流与实际电流进行误差处理，将其误差的平方和结合各相的参考转矩和实际转矩作为代价函数的输入，采用基于模糊逻辑的代价函数来优化占空比，从而实现对三相电流的精确控制，进而实现对电机输出转矩脉动的抑制。矩脉动的抑制。矩脉动的抑制。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]开关磁阻电机(SRM)以结构简单、制造成本低、容错能力强、运行可靠性高，在较宽的转速范围内具有较高的效率，已经成功的应用于许多场合。但SRM特殊的双凸极结构和运行时磁路的高度饱和特性，使得其电磁转矩是转子位置角和定子相电流的非线性函数，SRM的这种特点决定了其具有瞬时输出转矩脉动大的问题。如何降低SRM的转矩脉动成为电气传动及电机控制领域的研究热点。
[0004]目前针对转矩脉动的控制策略的提出大部分是基于传统的电流滞环控制方法，存在开关频率不固定和噪声扰动等问题。受功率器件开关频率的限制，传统滞环控制策略还存在实际电流不能精准跟随参考电流，超调较大等问题。另外，采用固定开关频率及占空比的方式，一个开关周期内开关器件将一直保持在开通或关断状态，电流受控程度低，电流会出现高频电流脉冲峰值高的情况，尤其是在电感较小的位置引起电流尖峰，易损坏功率器件。一般来说，为了在最短时间内达到最大转矩，要求电流在短时间内上升至峰值，而采用电流斩波策略，若PWM控制周期中设置固定占空比，导致一个采样周期内电流超调较大，尤其在重负载或低速情况下，电流升至很高而毁坏功率器件。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法及系统，本专利技术提出了一种基于当前转速和电流、电压等信息预测出下一时刻的电流的办法。然后将转速环输出的参考电流与预测的电流进行误差处理，得到电流的待补偿误差，通过对参考电流进行补偿，增强绕组在换相区间内的转矩输出能力。针对固定占空比抗干扰性太差，提出了一种基于模糊逻辑的代价函数来优化占空比的方法，从而优化电机实际的输出转矩大小，来减小转矩脉动。
[0006]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，采用如下技术方案：
[0007]基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，包括：
[0008]获取开关磁阻电机的实际转速，根据给定的参考转速确定转速偏差并进行预处理；
[0009]基于预处理后的转速偏差控制转速闭环，得到开关磁阻电机的参考电流和参考转矩；
[0010]基于开关磁阻电机当前的转子位置信号进行电流分配和转矩分配，确定各导通相
的参考电流和参考转矩；
[0011]根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置预测下一时刻的开关磁阻电机电流；
[0012]基于各导通相的参考电流与开关磁阻电机的预测电流进行相对误差处理，确定各导通相的控制电流；
[0013]基于模糊逻辑的代价函数优化导通相占空比，并根据开关磁阻电机当前的转子位置信号和优化后的导通相占空比控制开关磁阻电机的功率变换器的关断和导通占空比，实现对开关磁阻电机电流的控制；其中，其所述基于模糊逻辑的代价函数优化导通相占空比，具体包括：
[0014]基于电流误差的隶属度，电流变化率的隶属度以及转矩脉动的权重因子的隶属度，根据不同的应用场景调整确定转矩脉动的权重因子的控制规则表；基于转矩脉动的权重因子的控制规则表，根据模糊逻辑规则优化得到最优的转矩脉动的权重因子，进而得到最优的电流脉动的权重因子；利用最优的转矩脉动的权重因子和最优的电流脉动的权重因子，构建基于模糊逻辑的代价函数；当基于模糊逻辑的代价函数最小时，确定其导通相的最优占空比。
[0015]进一步地，所述获取开关磁阻电机的实际转速，根据给定的参考转速确定转速偏差并进行预处理，包括：
[0016]采集开关磁阻电机各相的转子位置信号；
[0017]根据转子位置信号计算出电机的实际转速；
[0018]根据给定的参考转速和电机的实际转速确定转速偏差；
[0019]引入非线性函数对转速偏差进行预处理，得到预处理后的转速偏差。
[0020]进一步地，基于开关磁阻电机当前的转子位置信号进行电流分配和转矩分配，确定各导通相的参考电流和参考转矩，具体为：
[0021]根据开关磁阻电机当前的转子位置信号确定三相开关逻辑信号；
[0022]利用电流的正余弦分配得到各导通相的参考电流和相应相的实际电流采样值，并确定各个导通相的电压状态；
[0023]利用转矩的正余弦分配确定导通相各个相的参考转矩。
[0024]进一步地，根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置预测下一时刻的开关磁阻电机电流，具体为：
[0025]基于开关磁阻电机当前的实际电流和转子位置确定对应的增量电感参数；
[0026]根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置以及增量电感参数确定当前控制周期内开关磁阻电机的绕组电压；
[0027]根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置，利用开关磁阻电机准线性模型在线估计反电动势；
[0028]利用反电动势和当前控制周期内开关磁阻电机的绕组电压确定电流斜率；
[0029]利用确定的电流斜率实现电流的准确的跟踪预测，得到下一时刻的开关磁阻电机电流。
[0030]进一步地，利用确定的电流斜率实现电流的准确的跟踪预测，得到下一时刻的开关磁阻电机电流，具体为：
[0031]当实际电流小于参考电流时，在当前周期开始时进行电压、电流和位置采样，在电机绕组施加一定占空比的电压，则下个周期参考电流是m相在转子位置θ
m.est(k+1)
处分配的电流；
[0032]当实际电流大于参考电流时，在当前周期开始时刻对电压、电流和位置进行采样，在电机绕组施加一定占空比的电压，则下个周期的参考电流是m相在转子位置θ
m.est(k+1)
处分配的电流。
[0033]进一步地，所述基于各导通相的参考电流与开关磁阻电机的预测电流进行相对误差处理，确定各导通相的控制电流，具体为：
[0034]基于各导通相的参考电流与开关磁阻电机的预测电流进行相对误差处理，得到各导通相的补偿误差；
[0035]基于各导通相的补偿误差和各导通相的参考电流的和，确定各导通相的控制电流。
[0036]进一步地，所述电流误差的隶属度，电流变化率的隶属度以及转矩脉动的权重因子的隶属度的计算方法为：根据电流误差的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到电流误差的隶属度；
[0037]根据电流变化率的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到电流变化率的隶属度；
[0038]根据转矩脉动的权重因子的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到转矩脉动的权重因子的隶属度。
[0039]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，其特征在于，包括：获取开关磁阻电机的实际转速，根据给定的参考转速确定转速偏差并进行预处理；基于预处理后的转速偏差控制转速闭环，得到开关磁阻电机的参考电流和参考转矩；基于开关磁阻电机当前的转子位置信号进行电流分配和转矩分配，确定各导通相的参考电流和参考转矩；根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置预测下一时刻的开关磁阻电机电流；基于各导通相的参考电流与开关磁阻电机的预测电流进行相对误差处理，确定各导通相的控制电流；基于模糊逻辑的代价函数优化导通相占空比，并根据开关磁阻电机当前的转子位置信号和优化后的导通相占空比控制开关磁阻电机的功率变换器的关断和导通占空比，实现对开关磁阻电机电流的控制；其中，所述基于模糊逻辑的代价函数优化导通相占空比，具体包括：基于电流误差的隶属度，电流变化率的隶属度以及转矩脉动的权重因子的隶属度，根据不同的应用场景调整确定转矩脉动的权重因子的控制规则表；基于转矩脉动的权重因子的控制规则表，根据模糊逻辑规则优化得到最优的转矩脉动的权重因子，进而得到最优的电流脉动的权重因子；利用最优的转矩脉动的权重因子和最优的电流脉动的权重因子，构建基于模糊逻辑的代价函数；当基于模糊逻辑的代价函数最小时，确定其导通相的最优占空比。2.如权利要求1所述的基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，其特征在于，所述获取开关磁阻电机的实际转速，根据给定的参考转速确定转速偏差并进行预处理，包括：采集开关磁阻电机各相的转子位置信号；根据转子位置信号计算出电机的实际转速；根据给定的参考转速和电机的实际转速确定转速偏差；引入非线性函数对转速偏差进行预处理，得到预处理后的转速偏差。3.如权利要求1所述的基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，其特征在于，基于开关磁阻电机当前的转子位置信号进行电流分配和转矩分配，确定各导通相的参考电流和参考转矩，具体为：根据开关磁阻电机当前的转子位置信号确定三相开关逻辑信号；利用电流的正余弦分配得到各导通相的参考电流和相应相的实际电流采样值，并确定各个导通相的电压状态；利用转矩的正余弦分配确定导通相各个相的参考转矩。4.如权利要求1所述的基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，其特征在于，根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置预测下一时刻的开关磁阻电机电流，具体为：基于开关磁阻电机当前的实际电流和转子位置确定对应的增量电感参数；根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置以及增量电感参数确定当前控制周期内开关磁阻电机的绕组电压；根据开关磁阻电机当前的实际转速、实际电流以及转子位置，利用开关磁阻电机准线
性模型在线估计反电动势；利用反电动势和当前控制周期内开关磁阻电机的绕组电压确定电流斜率；利用确定的电流斜率实现电流的准确的跟踪预测，得到下一时刻的开关磁阻电机电流。5.如权利要求4所述的基于模糊逻辑的开关磁阻电机电流控制方法，其特征在于，利用确定的电流斜率实现电流的准确的跟踪预测，得到下一时刻的开关磁阻电机电流，具体为：当实际电流小于参考电流时，在当前周期开始时进行电压、电流和位置采样，在电机绕组施加一定占空比的电压，则下个周期参考电流是m相在转子位置θ
m.est(k+1)
处分配的电流；当实际电流大于参考电流时，在当前周期开始时刻对电压、电流和位置进行采样，在电机绕组施加一定占空比的电压，则下个周期的...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕永云，周广旭，朱孟美，宋宁冉，郭磊，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：