[发明专利]开关磁阻电机电流无差拍PWM占空比控制方法

摘要

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。

主权项

1.一种开关磁阻电机电流无差拍PWM占空比控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，建立开关磁阻电机模型根据开关磁阻电机本体设计参数建立电机模型，包括：将开关磁阻电机一个转子电周期对应的转子电角度0°到360°区间均分为F份，得到转子电角度数组B，B＝{θ_m|θ_m＝m*e，m＝0,1,…F}，0°≤θ_m≤360°，其中e为将一个转子电周期对应的转子电角度0°到360°区间均分的转子电角度差值，F为将一个转子电周期对应的转子电角度0°到360°区间按照e差值均分得到的转子电角度个数，将转子电角度数组B中的F个转子电角度记为θ_m，m为转子电角度数组B中转子电角度θ_m按从小到大排序所对应的转子电角度序列号，m＝0,1,…F；将开关磁阻电机磁链范围均分为G份，得到磁链数组R，R＝{ψ_n|ψ_n＝n*p，n＝0,1,…G}，0≤ψ_n≤ψ_max，其中p为磁链均分的磁链差值，G为磁链按照p差值均分得到的磁链个数，将磁链数组R中的G个磁链记为ψ_n，n为磁链数组R中的磁链ψ_n按从小到大排序所对应的磁链序列号，n＝0,1,…G，ψ_max为开关磁阻电机所允许的最大磁链；根据转子电角度数组B和磁链数组R获取开关磁阻电机相电流数组A，A＝{i_m,n|m＝0,1,…F；n＝0,1,…G}，i_m,n为转子电角度θ_m和磁链ψ_n所对应的相电流；步骤2，采样与设定设定开关磁阻电机的开通角θ_on、关断角θ_off和参考电流I_ref；根据开关磁阻电机运转时位置传感器采集得到当前k时刻电机转子电角度θ(k)，电流传感器采集得到当前k时刻相电流i_x(k)，x＝a,b,c，记录当前k时刻输出三相PWM占空比τ_x(k)，x＝a,b,c；记录前一控制周期(k‑1)时刻得到的(k‑1)时刻三相磁链ψ_x(k‑1)，x＝a,b,c；记录前一控制周期(k‑1)时刻采样得到的相电流i_x(k‑1)，x＝a,b,c；记录当前k时刻驱动状态Q_x，x＝a,b,c，Q_x＝1，表示当前k时刻电机第x相驱动状态为励磁状态；Q_x＝0，表示当前k时刻电机第x相驱动状态为零电压续流；Q_x＝‑1，表示当前k时刻电机第x相驱动状态为退磁状态；其中x表示开关磁阻电机三相电路，即a相，b相，c相；步骤3，利用步骤2中得到当前k时刻电机转子电角度θ(k)以及设定的开通角θ_on和设定的关断角θ_off，经过换相控制单元确定开关磁阻电机的导通相，具体的，换相控制单元根据开关磁阻电机第x相对应的当前k时刻电机转子电角度θ(k)，判断此开关磁阻电机第x相是否处于导通区间：当前k时刻电机转子电角度θ(k)位于开通角θ_on和关断角θ_off之间时，开关磁阻电机第x相处于导通区间，即第x相为导通相，记为导通相x，x＝a,b,c，否则为关断区间，并记录导通区间信号M_x，x＝a,b,c；如果开关磁阻电机第x相处于导通区间，M_x＝1，如果开关磁阻电机第x相处于关断区间，M_x＝0，步骤4、利用步骤2中得到的当前k时刻三相PWM占空比τ_x(k)、(k‑1)时刻三相磁链ψ_x(k‑1)、(k‑1)时刻相电流i_x(k‑1)，当前k时刻驱动状态Q_x，计算由步骤3所确定的开关磁阻电机导通相x所对应的当前k时刻反馈磁链ψ_x(k)，x＝a,b,c，ψ_x(k)＝ψ_x(k‑1)+[Q_xU_dc‑R_xi_x(k‑1)]τ_x(k)T_s，其中U_dc为直流母线电压，T_s为控制周期，R_x为开关磁阻电机第x相的电阻值；步骤5、先根据步骤3中确定的导通相x的当前k时刻相电流i_x(k)与步骤2中设定的参考电流I_ref，得到导通相x的当前k时刻相电流偏差Δi_x(k)，Δi_x(k)＝I_ref－i_x(k)，x＝a,b,c，然后由导通相x当前k时刻相电流偏差Δi_x(k)判断下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D，Δi_x(k)＞0，则下一控制周期(k+1)时刻需要励磁，D＝1；Δi_x(k)＝0，则下一控制周期(k+1)时刻需要零电压续流，D＝0；Δi_x(k)＜0，则下一控制周期(k+1)时刻需要退磁，D＝‑1；步骤6，在导通相x的PWM占空比0到1范围内取Z个互异的值，得到PWM占空比数组J，J＝{J_h|h＝0,1,2…Z‑1}，0≤J_h≤1，Z为PWM占空比0到1范围内取值的个数，将PWM占空比数组J中的每一个PWM占空比定义为J_h，h表示PWM占空比数组J中的PWM占空比J_h的占空比序列号，h＝0,1,2…Z‑1；步骤7、由步骤3中确定的导通相x当前k时刻相电流i_x(k)、步骤4得到的导通相x当前k时刻的磁链ψ_x(k)、步骤5得到的下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D和步骤6中得到的PWM占空比数组J，预测下一控制周期导通相x在驱动状态D状态下，每一个PWM占空比数组J中的PWM占空比J_h对应的磁链ψ_x(h,D)(k+1)和下一控制周期(k+1)时刻转子电角度θ_x(k+1)；ψ_x(h,D)(k+1)＝ψ_x(k)+[DU_dc‑R_x i_x(k)]J_hT_sθ_x(k+1)＝θ_x(k)+Δθ其中，D＝1,0,‑1，h＝0,1,…,Z‑1，x＝a,b,c，Δθ为一个控制周期内转子转过的电角度，即两次转子电角度采样值之差；步骤8、根据步骤5得到的下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D和步骤7得到的PWM占空比J_h下的磁链ψ_x(h,D)(k+1)和下一控制周期(k+1)时刻转子电角度θ_x(k+1)，使用步骤1中得到的开关磁阻电机相电流数组A、转子电角度数组B和磁链数组R确定下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D和PWM占空比J_h下的相电流i_x(h,D)(k+1)；然后通过公式Δi_x(h,D)(k+1)＝|I_ref‑i_x(h,D)(k+1)|求得下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D和PWM占空比J_h下的相电流偏差Δi_x(h,D)(k+1)，其中D＝1,0,‑1，h＝0,1,…,Z‑1，x＝a,b,c；找出最小相电流偏差，并记为Δi_x(h,D)(k+1)min；步骤9、根据步骤8得到最小相电流偏差Δi_x(h,D)(k+1)min，最小相电流偏差Δi_x(h,D)(k+1)min对应的PWM占空比J_h即为下一控制周期(k+1)时刻的最优PWM占空比，记为最优PWM占空比τ；步骤10、根据步骤5确定的下一控制周期(k+1)时刻驱动状态D和步骤9所确定的下一控制周期(k+1)时刻最优PWM占空比τ以及步骤3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。