[发明专利]开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法

说明书

本发明公开了开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法，用以降低开关磁阻电机运行时的铜耗和转矩脉动。该方法结合三相12/8开关磁阻电机的相绕组电感变化率曲线，分析了传统转矩分配函数电流峰值较大，电流有效值较大，导致电机运行时铜耗较大的原因；并且分析转速升高时，转矩脉动增大的原因。为了避免传统转矩分配函数的以上两个缺点，提出了一种改进型转矩分配函数，通过遗传算法优化了改进型转矩分配函数的开通角、关断角，有效减小了开关磁阻电机运行时的转矩脉动和铜耗。

技术领域

本发明涉及电机及其控制系统领域，尤其涉及开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、调速范围宽、容错性能好、易于实现四象限运行，并且无需稀土永磁材料等优点，在通用工业、航空航天、电动汽车及家用电器等多个领域都有广阔应用前景。尽管目前对开关磁阻电机的理论和应用研究已经取得了较大进展，但开关磁阻电机转矩脉动严重的缺点一直没有得到有效解决。转矩脉动不仅会恶化电机驱动性能，引起传动系统轴系振荡，而且严重的还会造成传动系统的损坏，极大地限制了开关磁阻电机在许多高品质要求场合下(如电动汽车、伺服系统)的应用。

在现有技术中，解决开关磁阻电机转矩脉动问题普遍采用的方法包括如下几种：

基于转矩分配的转矩控制方法。基于转矩分配的转矩控制方法是利用转矩分配函数将总转矩分配到各相，然后通过转矩-电流转换器获得相电流指令，进而可以通过控制各相电流实时跟踪相参考电流，使得各相转矩可以跟踪相参考转矩，间接实现转矩控制。因此，转矩-电流转换器和电流控制器的性能直接决定了最终的转矩控制性能。

现有转矩-电流转换器一般采用对非线性转矩逆模型进行查表插值或者基于迭代学习法对转换误差进行非线性补偿。然而，这些方法过于复杂，不易于工程实施。

遗传算法是借鉴生物的自然选择和遗传进化机制而开发出的一种全局优化自适应概率搜索算法。遗传算法使用群体搜索技术，它通过对当前群体施加选择、交叉、变异等一系列遗传操作，从而生产出新一代的群体，并逐步使群体进化到包含或接近最优解的状态。由于其具有思想简单、易于实现、应用效果明显等优点而被众多应用领域所接受。用遗传算法来优化开关磁阻电机转矩分配函数的开通角、关断角，这样可以在转矩分配函数控制的基础上进一步减小转矩脉动。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法，针对传统转矩分配函数铜耗较大，转速升高时转矩脉动显著增大的缺点，提出了一种改进型转矩分配函数，并通过遗传算法优化了该改进型转矩分配函数的开通角、关断角。

开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法，包括如下步骤：

(1)电流传感器采集开关磁阻电机三相绕组电流i_a、i_b、i_c，位置传感器采集电机转子位置θ；

(2)控制器根据位置传感器采集的位置信号计算出电机转速ω；

(3)转矩脉动计算模块根据开关磁阻电机总输出转矩T_e计算转矩脉动T_ripple；

(4)电流有效值计算模块根据电流检测模块的三相电流i_a、i_b、i_c计算相电流有效值I_RMS；

(5)遗传算法模块中的第一个不等约束条件根据提前实验测得电机参数：相绕组电阻R，相绕组电感L，相绕组电感变化率结合电机转速ω和三相电流i_a、i_b、i_c计算励磁相和退磁相的磁链变化率最大值，并与直流电源电压进行比较；