[发明专利]一种直线旋转开关磁阻电机转矩和轴向力直接控制方法

说明书

本发明公开了一种直线旋转开关磁阻电机转矩和轴向力直接控制方法，首先通过计算确定磁链矢量所在扇区，基于磁链滞环信号和转矩滞环信号，确定控制所需的电压矢量；然后选择转子位置在(‑15°，15°)的控制区间内控制轴向力，并根据轴向力滞环信号选择相应的轴向力电压矢量，最后根据所有电压矢量符号来决定各个功率变换器开关管的工作模态；本发明通过直接控制电机的转矩与轴向力，极大得减小了转矩与轴向力脉动，也使系统响应更迅速；对转矩和轴向力分别建立转矩绕组与轴向力绕组的工作模态，建立转矩电压矢量与轴向力电压矢量，矢量选择更合理，此外在控制过程中不进行模型解算，控制精度不依赖于解析模型，提高了系统响应速度，简化了控制策略。

技术领域

本发明涉及线旋转开关磁阻电机控制技术领域，主要涉及一种直线旋转开关磁阻电机转矩和轴向力直接控制方法。

背景技术

直线旋转开关磁阻电机(LRSRM)是在传统开关磁阻电机的基础上，引入磁悬浮技术思想转化形成的一种新型电机，该电机不仅可以在周向实现旋转运动，而且可以在轴向实现直线运动。一方面，由于将直线运动与旋转运动集成一于体，因此极大地降低了传动装置的体积，提高了功率密度；另一方面，由于开关磁阻电机具备结构简单，成本低廉，耐高温，容错率高等优点，因此，直线旋转开关磁阻电机适用于航空航天、机器人关节、探针定位、数控机床等领域。

该电机在定子齿极上有两套绕组，其中一套绕组横向绕制在两个定子齿上以产生主磁场，用来产生转矩；另外一套绕组在一个定子齿极上同向绕制，在另一个定子齿极上反向绕制，用以产生不平衡的磁拉力，通过调节这两套绕组中的电流大小，可以实现直线旋转开关磁阻电机的旋转与直线运动。

由于直线旋转开关磁阻电机的结构特点，使得转矩与轴向力之间存在着耦合。对直线旋转开关磁阻电机而言，现行的控制方法是通过转矩和轴向力的数学模型解算出各齿极绕组电流的大小，再将其分配到对应的绕组导通区间，从而进行滞环控制。但该方法受模型精度影响较大，存在转矩和轴向力脉动大，直线运动响应速度慢，控制复杂等缺点。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种直线旋转开关磁阻电机转矩和轴向力直接控制方法，该方法不再对电机模型进行电流解算，而是直接对电机的转矩与轴向力进行控制，使得转矩和轴向力的脉动更小，且没有采用解算环节，系统响应更加迅速。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种直线旋转开关磁阻电机转矩和轴向力直接控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过控制直线旋转开关磁阻电机LRSRM两套绕组等效总磁通，计算确定磁链矢量所在扇区；通过功率电路开关管的通断，分别控制转矩绕组电流it与轴向力电流i_f，进而计算转矩T_total，将转矩T_total与预设阈值比较，将差值作为转矩滞环信号；计算磁链信号ψ_s并与预设阈值比较，将差值作为磁链滞环信号；基于计算得出的磁链滞环信号和转矩滞环信号，确定所需的电压矢量；具体地，当磁链滞环信号需要增大磁链时，选取与当前磁链夹角小于90°的电压矢量，当磁链滞环信号需要减小磁链时，选取与当前磁链夹角大于90°的电压矢量；当转矩滞环信号需要增大转矩时，选取超前磁链的电压矢量，当转矩滞环信号需要减小转矩时，选取滞后磁链的电压矢量；

步骤S2、选择转子位置在(-15°，15°)的控制区间内控制轴向力，三相绕组依次导通30°；通过功率电路开关管的通断，分别控制转矩绕组电流i_t与轴向力电流i_f，进而计算轴向力F_total，将轴向力F_total与预设阈值比较，将差值作为转矩滞环信号；当轴向力滞环信号需要增大轴向力时，导通对应相轴向力绕组的两个开关管；当轴向力滞环信号需要减小轴向力时，同时关断对应相轴向力绕组的两个开关管；当转子位置不在控制区间内时，控制绕组不工作；