[发明专利]一种用于混合励磁双凸极电机的换相误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于混合励磁双凸极电机的换相误差补偿方法，属于变磁阻类电机驱动控制技术领域。本文所提出的混合励磁双凸极电机换相误差补偿方法实现原理为：每当进入控制器中断时，判断当前采样点与设定的电流换相点之间的角度差，当该角度差较小且满足适当区间条件时，根据该角度差在一定范围内小幅度调整三相变换器的开关频率，从而保证在电流换相点到来时控制器的采样点恰好与换相点重合，这样能够实现精确换相以消除混合励磁双凸极电机的换相误差。本发明通过小幅度调整开关频率能够有效的降低混合励磁双凸极电机的换相误差，实现混合励磁双凸极电机的精确换相，能够有效利用开关管电流容量，减小转矩脉动，提升转矩输出能力。

技术领域

本发明属于变磁阻类电动机驱动控制技术领域。

背景技术

混合励磁双凸极电机作为一种变磁阻电机，在开关磁阻电机的基础上，保留了开关磁阻电机的双边凸极的定转子结构，并且在定子上引入额外的励磁绕组。由于其转子上无任何绕组和永磁体，使得转子结构简单可靠，天然适合高速运行。但目前针对混合励磁双凸极电机，尚未有成熟的高速控制算法。在工程实践中，通常采用提前角控制或三相九状态控制方法实现混合励磁双凸极电机的高速运行。这两种控制方法均需要进行三相电流的换相，能否实现电流的精确换相对电机的运行性能有很大影响。

换相误差是由于数字控制系统中存在的延时导致的。误差主要分两类：一类是PWM更新延时导致的误差，另一类是离散采样的角度位置导致的误差。第一类误差是PWM数字控制系统固有的，数字处理器计数产生的三角波作为载波，与调制波交结产生PWM驱动信号。数字处理器在进入中断时，将采集到的信号进行运算。如果运算完成后立即更新，可能由于运算时间过长导致PWM信号缺失。所以只有处理器进入下一次中断时，才会进行PWM信号的更新，这样造成了一个开关周期的延时。第二类误差是由于离散的采样造成的，理想情况下采样频率无穷大，采集到的信号为连续量。但实际情况下，控制器的采样频率有限，采集到的信号为离散信号。设定的换相角度为一个确定的点，由于采样频率的限制，系统无法做到在此点精确采样，实际的采样点会在设定点附近波动。采样频率通常与开关频率相等，所以会产生0～1个开关周期的换相误差。综合以上两类误差，混合励磁双凸极电机系统总的换相误差为1～2个开关周期。

混合励磁双凸极电机在低速运行下，开关频率远远大于电机的运行频率，所以一个开关周期对应的电角度很小，可以忽略在低速情况下的换相误差。当电机的运行速度提高，一个开关周期对应的电角度无法忽略。如果要保持载波比不变需要更高的开关频率，器件成本和设计难度大幅增加，这是不现实的。只能通过不提高开关频率的方法来消除换相误差。

高速运行下由于换相误差的存在，导致混合励磁双凸极电机三相电流存在低频振荡，每个周期的导通区间宽度不同，且电流的幅值也不相等。一方面，电流幅值的低频振荡会导致电机转矩产生相应脉动；另一方面，电流幅值的振荡会导致某些周期内电流幅值较小，某些周期内电流幅值较大，由于开关管的电流应力应按照最大电流应力选择，从而导致开关管的电流容量无法得到充分的利用。若能消除高速运行状态下的换相误差，就能消除电流幅值振荡，开关管容量能够得到充分利用，有助于进一步提高转速。

发明内容

本发明提出的混合励磁双凸极换相误差补偿方法，在不改变电路拓扑的情况下，通过小幅度调整开关频率实现消除换相误差的效果。

为了达到上述目的，本发明所述的一种用于混合励磁双凸极电机的换相误差补偿方法的具体实现步骤为：

步骤一：通过与电机同轴安装的旋转变压器采样当前转子位置角θ，判断是否处于如下的区间中，其中换相角度为θ₁，采样的位置信号为θ，开关频率为f_s，最大开关频率为nf_s，电频率为f_e，一个开关周期对应的电角度为θ_d＝f_e*360/f_s：