[发明专利]基于圆筒直线振荡电机的发电系统及其控制方法

权利要求书

1.基于圆筒直线振荡电机的发电系统，其特征在于：包括自由活塞式斯特林发动机、圆筒直线振荡电机、整流电路、无位置传感器、中央控制器和蓄电池组，其中：

所述圆筒直线振荡电机，包括动子和定子，动子设于定子内，动子在自由活塞式斯特林发动机带动下做往复的直线运动，从而在定子绕组中感应出相应的电动势，实现发电机功能；

所述整流电路，用于将圆筒直线振荡电机产生的三相交流电转换成直流电；

所述无位置传感器，包括基于线性霍尔传感器的动子位置检测模块，用于检测电机动子运动方向、电角度信息和动子位置，所述线性霍尔传感器固定安装在圆筒直线振荡电机的定子上；

所述中央控制器采用三闭环控制，三闭环控制包括采用参数自整定模糊PI控制器控制的电压环、解耦控制与PI调节空间矢量相结合的电流环和无位置检测算法的速度环；

所述动子位置检测模块将采集与计算好的动子运动方向和电角度信息输入至中央控制器内，给定电压值U^*与直流母线反馈电压U的差值作为电压环的输入值，电压环的输出值与动子运行速度v的乘积为电流误差参考值输入电流环中，并通过坐标变换与空间矢量调制方式，得到整流电路所需的驱动信号，使整流得到的直流电满足发电系统需要并将其作为能量储存在蓄电池组中；

其中，所述动子运行速度v由式(6)可得：

其中，τ为电机极距，θ_h(t_k)为在第k个采样时段t_k时的电角度，θ_h(t_k+1)为在第k个采样时段t_k+1时的电角度；

其中，所述电角度由下式可得：

其中，u_x与u_y分别为计算中间变量，M为线性霍尔传感器电压信号的幅值，θ_h为电角度计算值，u_Ha、u_Hb和u_Hc均是线性霍尔的感应电动势。

2.根据权利要求1所述的基于圆筒直线振荡电机的发电系统，其特征在于：所述参数自整定模糊PI控制器，采用模糊规则对PI参数进行自调整，以偏差e和偏差变化率e_c作为输入，经过模糊化、模糊推理和解模糊三个步骤，获得PI参数的调整量ΔK_p、ΔK_i，然后通过下式实现PI控制器的参数自整定：

其中，为原来已经整定好的PI控制器参数。

3.根据权利要求1所述的基于圆筒直线振荡电机的发电系统，其特征在于：所述坐标变换为：

其中，θ_e为电角度，i_a、i_b、i_c分别为电机三相电流值，i_d、i_q为反馈电流值。

4.根据权利要求1所述的基于圆筒直线振荡电机的发电系统，其特征在于：所述动子位置检测模块由电压分布均匀且相差120电角度的三个线性霍尔传感器构成，根据圆筒直线振荡电机设计时的极距，将三个线性霍尔传感器焊接在设计好的电路板上，任意两个线性霍尔传感器的间距为圆筒直线振荡电机极距的1/3，将电路板固定安装在圆筒直线振荡电机内部定子上。

5.根据权利要求4所述的基于圆筒直线振荡电机的发电系统，其特征在于：设三个线性霍尔传感器在第k个采样时段t_k时输出的电压幅值H_A(t_k)、H_B(t_k)、H_C(t_k)，在第k个采样时段t_k+1时输出的电压幅值H_A(t_k+1)、H_B(t_k+1)、H_C(t_k+1)，按照以下规则判断直线电机动子的运动方向：

若H_A(t_k)＝H_A(t_k+1)，H_B(t_k)＝H_B(t_k+1)，H_C(t_k)＝H_C(t_k+1)，H_B(t_k)H_A(t_k)，H_A(t_k)H_C(t_k)，H_B(t_k+1)H_A(t_k+1)，H_A(t_k+1)H_C(t_k+1)，则此时电机动子运动到一端，规定下一周期直线振荡电机动子运动方向为正；

若H_A(t_k)＝H_A(t_k+1)，H_B(t_k)＝H_B(t_k+1)，H_C(t_k)＝H_C(t_k+1)，H_A(t_k)H_B(t_k)，H_A(t_k)H_C(t_k)，H_A(t_k+1)H_B(t_k+1)，H_A(t_k+1)H_C(t_k+1)，则此时直线电机动子运动到另一端，规定下一周期直线振荡电机动子运动方向为负。