[发明专利]开关磁阻电机实现直接瞬时转矩控制的方法

摘要

本发明开关磁阻电机实现直接瞬时转矩控制的方法属于开关磁阻电机领域，涉及采用小数据表格实现开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制方法。该方法先搭建开关磁阻电机采用DITC的调速系统，将控制软件装载于微控制器中，控制软件采用转速、转矩双闭环结构。在调速系统的微控制器中加载特殊编写的转矩在线计算细化程序，利用电流检测单元以及位置检测单元反馈过来的相电流值、转子位置值；通过磁路饱和系数对两相通电时的合成转矩进行修正，得到精确的转矩值。该方法通过建立较小的转矩数据表格，实现开关磁阻电机高效率、高可靠性的直接瞬时转矩控制，有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。方法适用于不同相数、各种结构的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。

主权项

1.一种开关磁阻电机实现直接瞬时转矩控制的方法，其特征是，该方法首先搭建开关磁阻电机采用DITC的调速系统，将控制软件装载于微控制器中，控制软件采用转速、转矩双闭环结构；通过在调速系统的微控制器1中加载特殊编写的转矩在线计算细化程序，利用电流检测单元以及位置检测单元反馈过来的相电流值、转子位置值；通过磁路饱和系数对两相通电时的合成转矩进行修正，得出一个精确的转矩值，针对电机所处的启动或者低速运转状态，采用对应的控制方法；方法的具体实现步骤如下：第一步 搭建开关磁阻电机的DITC调速系统开关磁阻电机的DITC控制系统由微控制器(1)、开关磁阻电机(2)、功率变换器(3)、驱动单元(4)、电流检测单元(5)、位置检测单元(6)六部分组成；微控制器(1)中加载有控制软件，控制软件采用转速、转矩双闭环结构；将微控制器(1)通过位置检测单元(6)与开关磁阻电机(2)连接起来；电流检测单元(5)由三个电流传感器C_a、C_b、C_c组成，微控制器(1)上安装有IO接口通过电路依次与驱动单元(4)、电流检测单元(5)和功率变换器(3)连接；控制系统的控制流程：通过位置检测单元(6)采集转子位置信号，再根据转子位置信号得出当前转速，将给定转速与当前转速之差经速度调节器ASR处理后，得到给定转矩；A、B、C各相绕组的电流由电流检测单元(5)采集，结合转子位置信号，通过存储于微控制器(1)中的转矩数据表在线查表，得出各相转矩，再经过转矩修正环节，得到最终的实际转矩；然后把给定转矩与实际转矩之差送入滞环比较器，得到开关表；通过微控制器(1)的I/O口输出开关信号，经驱动单元(4)放大后，控制功率变换器(3)中的功率器件V1、V2、V3、V4、V5和V6的导通和关断，使开关磁阻电机(2)的各相绕组通电或断电，从而实现开关磁阻电机的DITC控制；第二步 加载开关磁阻电机转矩在线计算细化程序程序采用的转矩数据表为二维数据表，表格存储1/4周期单相转矩随相电流和位置角变化的数据；转子位置角以不对齐位置角为0度，对齐位置角为最大位置角θ_max；采用一个二维数组对其进行数据装载，行为转子位置角，当前位置角所在区域的下限编号值为θ_k,θ_k＝0,1,2,...,N₁，列为电流值I_S,I_S＝0,1,2....N₂，电流的下限编号值I_S，数据表的规格为N₁×N₂，通过二次查表得出相转矩的计算值；数据表的存储量不超过5Kbyte；同时，为了减小数据存储量，控制软件中不存储实际电流和实际位置角，用0和正整数表示转子位置角和电流；表格中的转子位置角的分度值为：表格中实际电流的分度值为：应用小数据表格进行DITC查表，为了保证控制精度，采用在线细化的方法计算瞬时转矩，转矩细化计算步骤如下：首先，判定转子位置角所在区域以及电流所在区域，利用实时位置角度值除以角度分度值，并将其计算结果取整，得出当前位置角所在区域的下限编号值θ_k：其中，θ为当前转子位置角的实际值，θ_k＝0,1,2,...,N₁，当前位置角所在区域的上限编号值为θ_k+1：θ_k+1＝θ_k+1                     (4)同时，计算转子位置所在区域的比例，其比例值为：将计算出的比例值存储下来，用于转矩细化计算，以减少在线计算量；同理，得出电流的下限编号值I_S,I_S＝0,1,2....N₂、上限编号值I_S+1以及电流所在区域位置I_ratio，分别表示为；I_S+1＝I_S+1                     (7)其中，I为相绕组电流的实际值；然后，进行转矩细化计算，从表格中直接查得四个转矩值T(θ_k,I_S)、T(θ_k,I_S+1)、T(θ_k+1,I_S)、T(θ_k+1,I_S+1)，先计算电流值为电流区域下限值、转子位置值为实时转子位置值对应的转矩：T_L＝[T(θ_k+1,I_S)‑T(θ_k,I_S)]×θ_ratio+T(θ_k,I_S)       (9)再计算电流值为电流区域上限值、转子位置值为实时转子位置值对应的转矩：T_H＝[T(θ_k+1,I_S+1)‑T(θ_k,I_S+1)]×θ_ratio+T(θ_k,I_S+1)     (10)根据实际电流值所在区间的比例值I_ratio，得到各相转矩的计算值为:T_p＝(T_H‑T_L)×I_ratio                  (11)其中，T_p表示p相绕组转矩值，p＝A、B、C；最后，对计算转矩进行修正，得到电机的实际转矩为其中，K_T为转矩修正系数，转矩修正系数K_T的最大值为1，该修正系数与磁路饱和系数K_sat为负相关关系，磁路饱和系数K_sat的最小值为1，其最大值随不同电机而不同，通过预先计算得到。