[发明专利]一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法

说明书

本发明提供基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，至少包括以下步骤：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；将待选的电压矢量带入二阶龙格‑库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的定子的磁链值；将预测K+1时刻的定子的磁链值ψ_k+1与给定磁链值ψ_ref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的U_k+1电压向量；将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；对开关磁阻电机进行控制。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机转矩控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法。

背景技术

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM或SR电机)最早于19世纪40年代提出。由于当时技术的条件，没有得到很好的发展。但是在20世纪60年代以后，随着电力电子器件的发展，SRM电机也开始被学术界重视起来。SRM以其结构简单、成本低、效率高、调速性能好等优点受到学术界和工业界的广泛关注，与之相关的论文与专利数量快速增长。我国大约从1985年开始展开对SRM的研究。产品覆盖纺织、电动汽车、家电、矿山机械、石油石化等领域，展现出SRM广阔的应用前景。但是开关磁阻电机的严重非线性电磁特性及其本体的定转子双凸极结构，使得转矩脉动在SRM中不可避免，相比其它调速系统，SRM的转矩脉动尤为明显。此问题严重制约了SRM在传动领域的应用范围，在一些要求低脉动的场合，很难有用武之地。直接转矩控制技术(Direct torque control)作为一种驱动算法具有转矩响应快、思想简单、避免多坐标变换等优点逐渐成为SRM的一种主流驱动算法。在DTC中，转矩滞环与磁链滞环同时获取当前时刻的转矩值与磁链值，将其与给定的转矩磁链值比较选择电压矢量来实现直接控制电磁转矩，尽管转矩被用作直接控制变量，但由于SRM中转矩与磁链角度之间的非线性变化，导致转矩的变化滞后于磁链的变化，将实时的转矩与磁链同时进行比较选择电压矢量不可避免的会造成误差。这种误差在换向区时尤为明显，这也是造成传统DTC在SRM控制中转矩脉动大的原因。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法。本发明基于模型预测磁链控制的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1：通过传感器测量定子的电流、转子的转速、转子的位置以及直流链路的电压；

S2：计算K时刻的定子的磁链和电机的转矩；

S3：通过转矩控制的滞环，比较当前时刻K的转矩值与PI环设定的转矩值，选出待选的三个电压矢量；

S4：将待选的电压矢量带入二阶龙格-库塔法公式来预测K+1时刻的定子电流；

S5：通过K+1时刻的定子电流预测K+1时刻的磁链值；

S6：将预测K+1时刻的磁链值ψ_k+1与给定磁链值ψ_ref进行比较；通过评价函数选择使评价函数最小的U_k+1电压向量；

S7：将选定的最优电压的矢量对应的开关信号发送到三相不对称桥式变换器中；

S8：对开关磁阻电机进行控制。

进一步的，在第K相上的电压方程为：

引入磁共能的概念：

开关磁阻电机的电磁转矩特性可以表示为：