[发明专利]一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法

说明书

本发明公开了一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法。该方法需要通过离线测量获取开关磁阻电机的磁链特性、转矩特性。总转矩参考值由速度比例积分控制器输出，由转矩分配函数计算各相参考转矩值。根据k时刻的位置和电流信息以及k‑1时刻储存的位置信息，结合上一时刻计算得到的最优开关矢量计算k+1时刻的磁链和电流信息进行延时补偿。在此基础上，预测k+2时刻的位置信息以及可用开关矢量下的磁链电流信息，然后查表获取各开关状态下的转矩和逆变器输入电流值并带入成本函数，以成本函数值最小的运行状态作为开关信号，施加于控制功率变换器，由此达到转矩脉动和母线电流脉动同时抑制的效果。仿真验证了所述方法的有效性，所述方法控制逻辑简单，转矩脉动和母线电流脉动抑制效果明显，有效减小母线电流对支撑电容的冲击。

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法，属于电机控制领域。

背景技术

开关磁阻电机由于其结构简单、调速范围宽、生产成本低等特点，在航空航天、电动汽车、风力发电等领域有着广泛的应用前景。但是，独特的双凸极结构导致其换相转矩脉动大，严重影响其控制性能。研究人员对转矩脉动抑制方法进行了大量研究，提出了一系列控制策略，如直接转矩控制、直接瞬时转矩控制、转矩分配函数、迭代学习等。但是大多数方法仅针对转矩脉动的抑制，而不能兼顾母线电流脉动，导致系统的支撑电容承受冲击电流大，寿命缩短。

在离散方式运行的数字控制中，有限集模型预测控制是基于功率变换器开关状态的一种新颖控制方法。其将优化目标以权重的形式构建成本函数，直观方便地实现多目标优化，在电力电子变换器中受到越来越多的关注。在开关磁阻电机驱动系统中，母线电流是逆变器输入电流和电容电流之和，逆变器输入电流可以由各相开关信号和电流表示，而各相转矩也与开关信号密切相关，以逆变器输入电流纹波和转矩脉动为主要对象，通过构建开关磁阻电机转矩和逆变器输入电流值的成本函数，以成本函数值最小的运行状态作为开关信号，将可以实现直接解决转矩脉动和间接抑制母线电流脉动的问题，对提高开关磁阻电机驱动系统的紧凑性和调速性能有着重要作用。

发明内容

针对开关磁阻电机驱动系统，本发明提出了一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法。该方法需要通过离线实验测量获取开关磁阻电机的磁链特性、转矩特性。总转矩参考值由速度比例积分调节器输出，由转矩分配函数计算各相参考转矩值。根据k时刻的位置和电流信息以及储存的k-1时刻的位置信息，预测k+1时刻的位置信息，结合上一时刻计算得到的最优开关矢量计算k+1时刻的磁链和电流信息进行延时补偿，在此基础上，预测k+2时刻的位置信息以及可用开关矢量下的磁链和电流信息，然后查表获取各开关状态下的转矩和逆变器输入电流值并带入成本函数，以成本函数值最小的运行状态作为开关信号，施加于控制功率变换器。母线电流是逆变器输入电流和电容电流之和，以逆变器输入电流纹波和转矩脉动为主要对象，分别施加的权重系数以选择合适的开关信息使得两者同时被抑制，即实现了直接抑制了转矩脉动并间接抑制了母线电流脉动的效果。

本发明的技术方案如下：

所述一种开关磁阻电机转矩脉动和母线电流脉动抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：实验测量获取开关磁阻电机磁链特性和转矩特性；通过转子固定夹持法获取开关磁阻电机磁链特性ψ(i,θ)，其中，ψ为磁链，i为电流，θ为位置；根据磁链特性ψ(i,θ)，利用插值的方法构建电流数据表i(ψ,θ)。在磁链特性基础上，根据磁共能对位置求偏导构建转矩数据表T(i,θ)；磁共能W′的计算公式为：

转矩T的计算公式为：

步骤2：给定参考转矩T_ref，在闭环系统中，T_ref可由转速环比例积分调节器输出得到；

步骤3：转矩分配函数对参考转矩T_ref计算，获取各相转矩参考值T_ph,ref；