[发明专利]一种单绕组无轴承开关磁阻电机的控制方法

权利要求书

1.一种单绕组无轴承开关磁阻电机的控制方法，其特征在于包括步骤：

S1、根据等效双绕组结构电机的数学模型，计算所述双绕组结构电机的主、偏置绕组电流；

步骤A，获取电机的角速度，位置角信号及主绕组参考电流；

步骤A-1，霍尔传感器实时捕获的高低电平信号，经过特定算法，计算出电机的实时角速度ω与转子位置角θ；

步骤A-2，转子角速度ω与给定角速度ω^*做差，得到转速的偏差量Δω，经过比例积分调节器得到双绕组结构混合转子无轴承开关磁阻电机的主绕组参考电流i_m^*；

步骤B，计算所需悬浮力大小；

步骤B-1，获取X₁轴Y₁轴方向上的径向位移量α、β；电机放置于水平面上，使相隔180°的两定子齿中心轴线平行于水平面，定义此中心轴线为X₁轴，定子几何中点为O点，过O点做X₁轴垂线，定义此垂轴为Y₁轴，X₁轴与Y₁轴上的四个定子齿构成电机A相；定义X₁OY₁为A相的基准坐标系，将X₁OY₁坐标系逆时针旋转30°与60°得到B相、C相的基准坐标系X₂OY₂与X₃OY₃；分别检测X₁轴，Y₁轴方向上的转子位移量α、β；

步骤B-2，实时检测位移量α、β与参考位移量α^*、β^*做差值，得到偏差位移量Δα、Δβ；

步骤B-3，所述偏差位移量Δα、Δβ经过比例、积分、微分调节器得到X₁轴，Y₁轴方向上的径向力参考量F_α^*、F_β^*；

步骤C，三相悬浮力分配计算，所述径向力参考量F_α^*、F_β^*为参考坐标系X₁轴，Y₁轴方向上的悬浮力，电机运行时由三相轮流提供悬浮力，需将径向力参考量F_α^*、F_β^*需归算到A，B，C三相上；

步骤C-1，电机A、B、C三相绕组在空间上相差30°，且每一相四个绕组在空间上相差90°，计算出A，B，C三相每一相在各自基准坐标系的两轴方向上所需的径向力F_Aα^*、F_Aβ^*，F_Bα^*、F_Bβ^*，F_Cα^*、F_Cβ^*，并作为每一相所需提供径向力的基准值；

步骤D，主绕组，偏置绕组电流计算；

步骤D-1，已知某一相主绕组电流i_m以及各自基准坐标轴X、Y轴方向上的悬浮力F_Xα^*、F_Xβ^*和位置角θ，根据公式计算偏置绕组电流i_sX1^*，i_sX2^*，其中X指代A、B、C三相中的任意一相；

步骤D-2，判断位置角θ的区间，确定工作相，对主绕组、偏置绕组电流参考值进行给定；

S2、根据电流等效算法，由等效双绕组结构电机的主、偏置绕组电流计算等效单绕组电机相应相的绕组电流；

E-1，设定等效控制的两台电机的绕组匝数关系，令双绕组混合转子无轴承开关磁阻电机的主绕组匝数N_m，偏置绕组匝数N_s与单绕组混合转子无轴承开关磁阻电机匝数N_b相等；

E-2，根据等效双绕组结构电机的数学模型，计算双绕组结构电机的主、偏置绕组电流；

E-3，根据电流等效算法，由等效双绕组电机的主、偏置绕组电流计算等效单绕组电机每相的绕组电流i_X1～i_X4，并以此为实际电流的给定值；

E-4，电流斩波控制单绕组每相四个绕组电流，使实际电流跟随步骤E-3所得的给定值；

S3、电流斩波控制单绕组每相四个绕组电流，使其实际电流跟随步骤S2计算的给定值；

步骤F，绕组电流的实时斩波控制；

步骤F-1，电流传感器采样工作相的各个定子绕组的电流，经过调理电路传入控制器，还原出实际电流的大小；

步骤F-2，电流传感器检测到的绕组电流值i_X1～i_X4与步骤E-3计算出的给定电流基准值i_X1^*～i_X4^*进行比较，如果实际电流值大于基准电流值，控制器输出低电平驱动信号，关断绕组电压，电流迅速下降；反之，则输出高电平驱动信号，使相应的开关管开通，母线电压加在绕组两端，电流缓慢上升；通过电流滞环控制，使电流稳定在给定电流附近，产生所需的转矩与悬浮力；

步骤G，转矩调节；

步骤G-1，开通角θ_on，关断角θ_off固定，实时角速度ω与给定角速度ω^*比较，得出角速度偏差值Δω^*；

步骤G-2，角速度偏差信号Δω^*经过PI调节器运算，实时给定新的主绕组参考电流值i_m^*，根据步骤S2，再实时计算每相四个绕组的电流参考值，实际电流通过电流斩波控制跟随给定电流，调节转矩。