[发明专利]抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制系统领域，尤其涉及一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统及方法。

背景技术

开关磁阻(以下简称SR)电机具有机械结构简单坚固、制造成本低、能够在较高的温度和转速下运行等众多优点。所以SR电机调速系统被认为是一种极具发展前景和市场潜力的新型调速系统。目前，已经在新能源汽车、通用工业(抽油机、压缩机等)、航空航天(启动发电机)等领域中获得了不同程度的应用。

SR电机传统控制方法以控制对象划分，主要包含电流斩波控制(CCC)、电压斩波控制(CVC)和角度位置控制(APC)三种。SR电机在不同的特性区间具有不同的运行特性，实际应用中较为常见的控制策略是将以上三种控制方法通过组合，达到满足电气传动系统的多样化需求，使电机运行在最佳的工作状态。

传统的控制方法虽然能够实现开关磁阻电机系统的四象限运行，却无法有效解决开关磁阻电机所存在的转矩脉动问题。到目前为止在SR电机转矩脉动最小化研究方面，国内外学者已经提出了很多不同的技术。

在减小转矩脉动，改善转矩输出方面，目前主要存在两种途径：一种是从电机本体的优化设计方面考虑，如通过调整SR电机的定转子极弧来减小转矩脉动，通过改变电机机械结构设计以得到较好的转矩特性，在特定的场合和性能指标下是合适的，但这种方法将会牺牲电机输出转矩水平。另一种是以离线计算数据为基础，求出期望转矩下优化的相电流波形作为控制目标，在控制器中执行这样的算法需要大量的计算开销和存储空间，实现起来较为复杂，而且静态数据离线计算缺乏对实际动态过程的反应，控制精度会存在一定误差。如果能够采用合理科学的控制策略改善SR电机的转矩输出，将能够在更大的范围内实现对转矩脉动的抑制，也更容易推广应用。

发明内容

本发明的发明目的，在于以转矩作为SR电机的直接控制对象，且能够有效的实现对合成转矩的控制，与其它控制方式相比具有最快的转矩响应，不管是低速还是高速控制中，都能够达到更好的转矩优化效果。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

提供一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统，包括SR电机、功率变换器、控制器和检测单元，其中：

所述控制器包括电压控制模块和转矩控制模块；

所述功率变换器包括不对称半桥电路，该不对称半桥电路在转矩控制模块的控制下，对SR电机进行直接瞬时转矩控制；该功率变换器还包括级联在该不对称半桥电路前端的DC/DC变换电路，该DC/DC变换电路在电压控制器的PWM控制下，实时调节不对称半桥电路的输入电压。

本发明所述的系统中，所述检测单元包括位置检测模块、电路检测模块和电压检测模块，所述位置检测模块与SR电机连接，电流检测模块与不对称半桥电路连接，所述电压检测模块与功率变换器连接。

本发明所述的系统中，所述DC/DC变换电路为四象限DC/DC变换电路。

本发明所述的系统中，转矩控制模块包括扇区判断模块、转矩估计模块、滞环控制器和DITC开关表模块，扇区判断模块与位置检测模块连接，转矩估计模块与位置检测模块、电流检测模块连接，滞环控制器与转矩估计模块、DITC开关表模块连接；

转矩估计模块根据位置检测模块和电流检测模块的输出计算转矩估计值；滞环控制器根据转矩指令值和转矩估计值生成滞环控制指令；DITC开关表模块中预先存储有DITC开关表，该DITC开关表模块根据扇区判断模块计算的扇区位置以及滞环控制指令选择DITC开关表中的开关状态值，并输出给不对称半桥电路。

本发明所述的系统中，SR电机为SR三相电机。

本发明还提供了一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的方法，包括以下步骤：

在不对称半桥电路之前级联一个DC/DC变换电路；

通过PWM控制DC/DC变换电路的输入电压，并调节SR电机的绕组直流母线电压；

通过瞬时转矩值控制SR电机的转矩。

本发明所述的方法中，该方法中瞬时转矩值具体通过以下步骤得到：

检测SR电机的位置数据，以及不对称半桥电路的电流值；

根据位置数据计算SR电机的扇区位置

根据检测的位置数据和电流值生成转矩估计值；

根据转矩指令值和转矩估计值生成滞环控制指令；

根据扇区位置以及滞环控制指令选择预先存储的DITC开关表中的开关状态值，并输出给不对称半桥电路。