[发明专利]一种开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统及方法

说明书

本发明提供一种基于滞环优化策略的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统及方法。本发明方法，包括如下步骤：设定转矩滞环上下限以及参考转矩，检测各相输出转矩并得到实际输出转矩，计算转矩偏差；基于转矩偏差与转矩滞环上限、下限的关系对单相和换相运行时功率变换器的工作状态进行调整；将实际输出转矩对时间求导得到离散的斜率数据，进而得到一个电周期完整的斜率数据曲线；计算一个电周期内每个转子位置转矩从滞环下限到滞环上限最合理的采样时间次数，选取不同转子位置下最佳滞环值赋予滞环系统中的滞环下限和动态滞环上限，实现滞环的自适应控制。本发明电机输出转矩平滑，转矩脉动明显减小，保证其在电气传动系统中更加稳定、高效地运行。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机技术领域，尤其涉及一种基于滞环优化策略的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统及方法。

背景技术

开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)由于其特殊的双凸极结构,以及定子上有集中绕阻，转子无永磁材料和绕阻，具备结构简单、控制灵活、高适应性以及容错性强等优点。但由于开关磁阻电机独特的结构特征和工作原理，电机特性与其他的交直流电机有显著的区别，所以也导致很多不足急待研究改善。开关磁阻电机是双凸极结构并且使用开关方法供电，运转时边缘磁通会致使非线性的电流变化，其次由于转矩和转子角度与电流两者的联系是非线性的，使电机的合成转矩无法维持在一个定值，将导致不可避免的转矩脉动现象，一般SRM转矩脉动的数值在15％左右。此外，电机在换相时期，相电流迅速地改变导致电机定子径向振动电磁噪声比其他电机更加严重，对于小功率的控制系统来说，是无法接受的，这就是SRM在小功率、控制要求平稳的场合没能广泛应用的重要原因之一。

开关磁阻电机传统的控制方式有电压斩波控制(Chopped Voltage Control,CVC)、电流斩波控制(Current Chopping Control,CCC)和角度位置控制(Angle PositionControl,APC)。但以上三种传统的控制策略没有对转矩脉动抑制采取有针对性的控制，且不能同时解决调速和抑制转矩脉动两大问题。针对以上传统控制策略的不足之处，转矩控制策略的优化主要有两种途径，一种是通过控制相电流或相磁链实现对转矩的间接控制，如转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)；另一种是通过控制合成的瞬时转矩实现对转矩的直接控制，目前SRM的直接转矩控制策略又可细分为直接转矩控制(DirectTorque Control，DTC)和直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control，DITC)。以上两种途径均为滞环控制方法，均对转矩脉动抑制具有较好效果。在上述方法中DITC对开关磁阻电机转矩脉动抑制效果最好，且仍具有很大的优化空间。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于滞环优化策略的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统及方法。本发明优化算法原理简单，转矩脉动抑制效果好。本发明采用的技术手段如下：

一种基于滞环优化策略的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统，包括：

开关磁阻电机；

位置传感器，用于检测开关磁阻电机的转子位置，将位置信号提供给其他模块；

转矩估计单元，用于接收位置信号和开关磁阻电机电流信号，计算各相输出转矩，并通过矢量合成得到实际输出转矩；

滞环估计单元，用于对实际输出转矩求导，对求导后的滤波取一个电周期的数据进行傅里叶拟合得到转矩斜率曲线，再由转矩斜率曲线结合转子位置计算出滞环下限值和动态滞环上限值；

转矩滞环控制器，用于接收参考转矩，实际输出转矩和滞环上下限的值，参考转矩与实际输出转矩的偏差值与滞环上下限作比较，输出状态信号；

开关信号单元，用于根据参考转矩大小决定导通角和关断角的大小；

开关逻辑单元，用于基于状态信号和开关信号输出功率变换器的工作状态信号；