[发明专利]开关磁阻电机电流无差拍PWM占空比控制方法

说明书

本发明提供了一种开关磁阻电机电流无差拍PWM占空比控制方法。本方法首先进行电机模型建立和采样与设定，然后由所确定的导通相x计算判断下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D，再经计算得到下一控制周期(k+1)时刻最优PWM占空比τ；最终将确定的下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D、下一控制周期(k+1)时刻最优PWM占空比τ以及所确定的导通相x，经过PWM占空比转脉冲信号模块输出对应的脉冲信号S_x，x＝a,b,c，并实施对功率变换器的控制。该方法在保证开关磁阻电机可靠运行的情况下，在低速、中速和高速下都可以精确有效的对电机实际电流进行调节控制；本发明精确地弥补电流参考值与实际值之间的偏差，提高电流实际值跟踪电流参考值的性能，从而减小开关磁阻电机的转矩脉动。

技术领域

本发明属于电气工程领域的开关磁阻电机控制技术，具体涉及一种开关磁阻电机电流无差拍PWM占空比控制方法。

技术背景

开关磁阻电机结构简单坚固，工作可靠，效率高，由其构成的开关磁阻电动机驱动系统与传统交直流调速系统相比，具有许多优点，如：起动转矩大，调速范围宽，控制灵活，可方便实现四象限运行，具有较强的再生制动能力，在宽广的转速和功率范围内都具有高效率，有利于节能降耗；可工作于极高转速；可缺相运行，容错能力强等。目前，包括开关磁阻电机控制技术在内的各种开关磁阻电机技术已经受到了各国政策的大力支持。

虽然开关磁阻电机具有良好的发展前景，但是由于其的双凸极结构，及磁场非线性原因，转矩脉动较大，震动、噪音问题突出。为了减小转矩脉动，从控制角度通常大致分为两种：直接转矩控制和间接转矩控制。而间接转矩控制方法中常采用电流斩波控制(CCC)，CCC方法通常都是利用专用硬件斩波电路实现斩波控制，即在控制器的功率变换器中串联电流传感器后进行相电流信号的采样和放大，并利用滞缓放大电路实现相电流斩波上限和下限控制。如实用新型专利《一种开关磁阻电机电流斩波控制装置》(CN 202940765 U).

中国实用新型专利公开说明书(CN 202940765 U)于2013年5月15日公开的《一种开关磁阻电机电流斩波控制装置》，设定电流控制的上下限，当相电流超过上限时关断功率开关管，电流降至下限以下导通功率开关管，使电流保持在电流滞环设定范围之内，从而降低开关磁阻电机电流脉动，降低电机转矩脉动，提高功率开关管的电流利用率从而降低斩波功率开关管的发热量。但此电流斩波控制装置存在以下不足：

(1)硬件斩波动作会受到前级采样信号中毛刺的影响，可能会发生误斩波的现象，即在电机相电流未达到斩波上限而管子误关闭，或者电流达到斩波上限后而开关管拒绝关闭，前者会导致开关管开关频率比正常增加，并减小输出转矩，后者会导致电机相电流超出开关管的承受范围，从而对开关管的寿命和系统的功耗造成影响；

(2)电流斩波控制采用滞环控制即bang-bang控制，滞环控制采用的是一种容错控制，不可避免的存在跟踪误差。

另一种常用的斩波方式是软件斩波，即通过软件滤波算法滤除前级采样放大信号中的毛刺，更加准确判断相电流值，从而实现准确的斩波控制。如中国发明专利申请公开说明书《一种开关磁阻电机使用二维电流斩波的精确电流控制方法》(CN 105227037 A)。

中国发明专利申请公开说明书(CN 105227037 A)于2016年1月6日公开的《一种开关磁阻电机使用二维电流斩波的精确电流控制方法》，公开了一种开关磁阻电机使用二维电流斩波的精确电流控制方法，该电流控制方法为通过转子的位置信息，计算出转子的当前瞬时转速；核心处理单元调取当前转速下的数据裤A、数据裤B，组合出电机每相电流导通和关闭期间的上下限曲线值“I_限值”并暂存在存储器中，核心处理单元通过A/D进行连续电流采样，操作功率拓扑单元，使得电机相电流的变化，在每相的电流导通和关闭期间，都在“I限值”的范围之内。但是此方法存在以下不足：