[发明专利]开关磁阻电机实现直接瞬时转矩控制的方法

说明书

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。

技术领域

本发明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，实现抑制开关磁阻电机的转矩脉动的控制。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)作为一种新型的特种电机，其结构简单坚固，功率电路可靠，制造成本低，而且可控参数多、调速性能优良，在与其他电机的竞争中有着天然的优势，在各个领域中都有着巨大的应用前景。但是由于SRM的双凸极结构以及其非线性电磁特性，导致其存在较大的转矩脉动。消除开关磁阻电机的转矩脉动需要从电机设计和控制方法两方面入手，从控制层面看，目前有直接瞬时转矩控制(DITC)方法、转矩分配函数法、预设电流波形法等，由于DITC法是直接对当前转矩进行调控的，且其控制策略实现简单，因此具有较好的实用价值。在工程实践中一般采用查表法实现开关磁阻电机的DITC控制。DITC法的数据表格分两种，一种是转矩T关于转子位置角θ与电流i的数据表格，另一种则是转矩T关于转子位置角θ与磁链ψ的数据表格。由于电流可以直接测得，而磁链需要对电压进行积分获得，因此，前者使用更加方便，可以在传统的转速、电流双闭环调速系统上直接实现。

在线查找转矩表格的精细程度会影响DITC的控制效果，表格越精细，控制效果越佳；反之表格粗略，则控制效果欠佳。然而在实际应用中，由于微控制器(MCU)的数据存储空间是有限的，因此对存入数据存储空间的转矩表格的大小有一定的限制，不可能做到存入一个很大的数据表格，但是存储数据少就会相应影响DITC的控制效果，尤其是在低速运行阶段，这种影响更为显著。

文献：DITC-Direct Instantaneous Torque Control of Switched ReluctanceDrives.Robert B.Inderka，Rik W.A.A De Doncker，该文献中实时转矩是通过在线计算获得的，计算相对复杂，且运算量大，不利于在嵌入式系统中实现。另一篇公开的文献，“基于双PI的SRM直接瞬时转矩控制系统的研究”，作者唐静，王军，宋潇潇，刘占千。该文献为提高系统控制精度，通过有限元分析仿真，得到转矩与电流和转子位置角的关系，然后在控制软件中通过直接查表获得SRM的瞬时转矩。由于直接查表需要的数据量庞大，占用了MCU很大一部分数据存储空间，限制了编程者编写程序的可用空间。同时，现有的基于查表法实现的DITC法，只存储单相通电时的数据表，在两相通电时，都是通过查单相数据表得出各相转矩，然后将所查出的各相转矩直接求和当作合成转矩。这种处理虽然减少了数据存储量，但没有考虑开关磁阻电机磁路饱和的影响，使查表得出的合成转矩大于实际转矩。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服现有开关磁阻电机DITC控制方法的不足，对现有查表法实现DITC控制时需要庞大的数据表占用过多的MCU存储空间问题、而且没有考虑两相通电时磁路饱和引起的转矩减小问题，通过磁路饱和系数对两相通电时的合成转矩进行修正，采用小数据表实现DITC控制。该方法是基于现有开关磁阻电机调速系统硬件实现的，不需增加额外硬件，适用于各种结构、不同相数的开关磁阻电机。