[发明专利]基于扇区分配的开关磁阻电机模型预测转矩控制系统

说明书

本发明公开了一种基于扇区分配的开关磁阻电机模型预测转矩控制系统，具体包括：位置传感器模块、速度PI控制器、导通角计算模块、扇区分配模块、预选电压矢量模块、转矩预测模块、评价函数模块、功率变换器。该系统针对传统的模型预测控制方法存在计算量较大的问题，一方面结合了扇区分配的思想，在每个扇区只给出2个作用完全相反的预选电压矢量，有效减小了模型预测的计算量；另一方面设计了导通角计算函数，与目前现有的神经网络等计算开通角方法相比，该计算方法更为简单直接，在电机运行过程中可根据电机给定转速和负载转矩实时计算开通角和关断角，实现了扇区的动态分配。仿真结果证明该发明可实现转矩的精准控制，减小转矩脉动的同时，也避免了负转矩的产生。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于扇区分配的开关磁阻电机模型预测转矩控制系统。

背景技术

由于开关磁阻电机及其驱动系统性能优越，调速性能好、结构简单的特性，目前已成功应用在电动汽车、航天工业等领域。但由于开关磁阻电机独特的双凸极结构和脉冲式的供电方式导致其具有很大的转矩脉动，限制了其应用发展。

传统的模型预测方法在一定程度上减小了转矩脉动，但由于预选的电压矢量较多，预测模型需要在每个采样周期对每一个候选电压矢量进行预测，计算量较大，且不易于工程实现。

申请号为(201811435839.2)名称为：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的专利中，首先利用转矩滞环预选出了三个电压矢量，再利用磁链评价函数在三个预选电压矢量中选出一个最优的矢量，在一定程度上减小了计算量，但该方法采用恒定的给定磁链值，运行时磁链仍然保持圆形，会导致电流被拖尾到负转矩区，产生的负转矩会减小电机工作效率。一种开关磁阻电机多步预测控制器构造方法利用模型误差修正模块提高了预测模型的精度，但预选电压矢量仍较多，计算量较大。一种开关磁阻电机模型预测转矩和径向力控制方法将一个电周期角度分成单相导通阶段和换相阶段，在一定程度上减小了预选电压矢量的数量，但由于开通角和关断角固定，使得导通阶段和换相阶段的位置固定，最终会导致电机在不同转速和负载的情况下，出现负转矩以及转矩脉动的现象。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了基于扇区分配的开关磁阻电机模型预测转矩控制系统，具体包括：位置传感器模块、速度PI控制器、导通角计算模块、扇区分配模块、预选电压矢量模块、转矩预测模块、评价函数模块和功率变换器；

位置传感器模块、速度PI控制器、导通角计算模块、扇区分配模块、预选电压矢量模块、转矩预测模块、评价函数模块和功率变换器；

所述位置传感器模块实时检测电机运行过程中的实际转子位置角度；

所述速度PI控制器根据电机给定转速与实际转速的差值经过PI控制输出参考转矩值；

所述导通角计算模块根据不同的给定转速和负载转矩值、通过导通角计算函数求取最优的开通角和关断角；

所述扇区分配模块接收导通角计算模块传送的开通角和关断角、以及位置传感器模块传送的实际转子位置角度，根据接收到的信息对扇区进行动态分配并判断所处的扇区位置；

所述预选电压矢量模块接收扇区分配模块传送的扇区位置信息，根据扇区位置在电压矢量表中预选出两个作用完全相反的电压矢量，将该两个电压矢量分别用来增加转矩和减小转矩；

所述转矩预测模块对两个预选电压矢量进行转矩预测，根据母线电压、相电流和实际转子位置角度通过查表插值法得到下一时刻的预测转矩值；

所述评价函数模块计算参考转矩与预测转矩的差值，并选出差值最小对应的电压矢量传送至功率变换器；

所述功率变换器采用不对称半桥式的变换器来控制开关磁阻电机运行。