[发明专利]一种三相开关磁阻电机四象限复合转速控制方法

权利要求书

1.一种三相开关磁阻电机四象限复合转速控制方法，对模型预测控制方法进行改进，并与无差拍控制方法相结合，继而扩展至制动运行工况，在抑制转矩波动的同时，实现三相开关磁阻电机的四象限转速控制，方法实现步骤如下：

步骤一：判断开关磁阻电机相绕组的作用区域，单相作用区，转至步骤二，双相作用区，转至步骤三；

步骤二：在正转的单相作用区，不论是电动工况还是制动工况，采用无差拍控制方法；通过ψ(k+1)＝ψ(k)+[U_dcD-i(k)R]T_s估算下一采样时刻两个退磁相的磁链，其中ψ(k+1)为下一采样时刻的相磁链，ψ(k)为当前采样时刻的相磁链，U_dc为母线电压，D为占空比，i(k)为当前采样时刻的相电流，R为相电阻，T_s为采样周期；通过θ(k+1)＝θ(k)+ωT_s估算下一采样时刻两个退磁相的转子位置，其中θ(k+1)为下一采样时刻的转子位置，θ(k)为当前采样时刻的转子位置，ω为电机转速；利用下一采样时刻两个退磁相的磁链与转子位置，通过查询表i(ψ,θ)得到下一采样时刻两个退磁相的相电流，再通过查询表T(i,θ)得到下一采样时刻两个退磁相的相转矩T_o1(k+1)与T_o2(k+1)；通过T_refi(k+1)＝T_ref(k)-T_o1(k+1)-T_o2(k+1)计算下一采样时刻励磁相的参考转矩，其中T_refi(k+1)为下一采样时刻励磁相的参考转矩，T_ref(k)为由转速环得到的当前采样时刻的总参考转矩；利用T_refi(k+1)，通过查询表i(T,θ)得到下一采样时刻励磁相的参考电流，再通过查询表ψ(i,θ)得到下一采样时刻励磁相的参考磁链ψ_refi(k+1)；利用ψ_refi(k+1)，通过U_i(k)＝i(k)R+[ψ_refi(k+1)-ψ_i(k)]/T_s得到当前采样时刻励磁相需要施加的相电压U_i(k)，其中ψ_i(k)为当前采样时刻励磁相的相磁链，而后通过D_i(k)＝U_i(k)/U_dc得到当前采样时刻励磁相脉宽调制控制信号的占空比D_i(k)，将此脉宽调制控制信号施加于功率变换器中励磁相对应的开关管，完成控制；对于反转的单相作用区，不论是电动工况还是制动工况，其控制过程与正转的单相作用区相比，区别仅在于励磁相序；定义三相开关磁阻电机的相分别为A相、B相和C相，正转的励磁相序为A-B-C，则反转的相序为A-C-B；

步骤三：在双相作用区，通过(τ/2-θ_o)/ω与ψ_o/U_dc之间的大小关系确定退磁相是否需要进入完全关断状态，其中τ为转子极距，θ_o为退磁相转子位置，ψ_o为退磁相相磁链；当(τ/2-θ_o)/ω＞ψ_o/U_dc时，退磁相不需要进入完全关断状态，转至步骤四，当(τ/2-θ_o)/ω≤ψ_o/U_dc时，退磁相需要进入完全关断状态，并采用单相作用区的无差拍控制方法，转至步骤二；

步骤四：开关磁阻电机正转，不论是电动工况还是制动工况，在双相作用区，且退磁相不需要进入完全关断状态时，采用模型预测控制方法；假设各相在下一采样时刻的磁链ψ(k+1)等于当前采样时刻的磁链ψ(k)，通过θ(k+1)＝θ(k)+ωT_s估算下一采样时刻各相的转子位置；利用ψ(k+1)与θ(k+1)，通过查询表i(ψ,θ)得到下一采样时刻各相的相电流，再通过查询表T(i,θ)得到下一采样时刻各相的相转矩，而后通过累加得到下一采样时刻电机的总转矩T(k+1)；当|T_ref(k)|＞|T(k+1)|时，从有限集{0,1/8,1/4,3/8,1/2,5/8,3/4,7/8,1}中选取励磁相脉宽调制控制信号的占空比，通过ψ(k+1)＝ψ(k)+[U_dcD-i(k)R]T_s估算下一采样时刻励磁相的相磁链，利用ψ(k+1)和θ(k+1)，通过查询表i(ψ,θ)得到下一采样时刻励磁相的相电流，再通过查询表T(i,θ)得到下一采样时刻励磁相的相转矩T_i(k+1)；通过T_refo(k+1)＝T_ref(k)-T_i(k+1)获得下一采样时刻退磁相的参考转矩T_refo(k+1)，进而通过查询表i(T,θ)以及ψ(i,θ)得到下一采样时刻退磁相的相电流i_o(k+1)与相磁链ψ_o(k+1)，利用相磁链，通过U_o(k)＝i(k)R+[ψ_o(k+1)-ψ_o(k)]/T_s得到当前采样时刻退磁相需要施加的相电压U_o(k)，其中ψ_o(k)为当前采样时刻退磁相的相磁链，而后通过D_o(k)＝U_o(k)/U_dc得到当前采样时刻退磁相脉宽调制控制信号的占空比；当|T_ref(k)|≤|T(k+1)|时，从有限集{0,-1/8,-1/4,-3/8,-1/2,-5/8,-3/4,-7/8,-1}中选取退磁相脉宽调制控制信号的占空比，这里的负占空比表明施加的相电压是负的，通过ψ(k+1)＝ψ(k)+[U_dcD-i(k)R]T_s估算下一采样时刻退磁相的相磁链，利用ψ(k+1)和θ(k+1)，通过查询表i(ψ,θ)得到下一采样时刻退磁相的相电流，再通过查询表T(i,θ)得到下一采样时刻退磁相的相转矩T_o(k+1)；通过T_refi(k+1)＝T_ref(k)-T_o(k+1)获得下一采样时刻励磁相的参考转矩T_refi(k+1)，进而通过查询表i(T,θ)以及ψ(i,θ)得到下一采样时刻励磁相的相电流i_i(k+1)与相磁链ψ_i(k+1)，利用相磁链，通过U_i(k)＝i(k)R+[ψ_i(k+1)-ψ_i(k)]/T_s得到当前采样时刻励磁相需要施加的相电压U_i(k)，而后通过D_i(k)＝U_i(k)/U_dc得到当前采样时刻励磁相脉宽调制控制信号的占空比；以上两种情况下，选择有限集中的哪个数作为励磁相或退磁相的占空比，依据的原则是使代价函数J＝q_iI+q_e{[(τ/2-θ)/ω-ψ_o/U_dc]/T_s-1-f}²的值最小，其中I为下一时刻励磁相和退磁相相电流的平方和，f为从1到9的整数，对应以上两个有限集中的9个占空比，占空比的绝对值越大，f就越小；依据以上两种情况下获取的励磁相与退磁相的占空比，生成脉宽调制控制信号，并分别施加于功率变换器中对应相的开关管，完成控制；开关磁阻电机反转，不论是电动工况还是制动工况，在双相作用区，且退磁相不需要进入完全关断状态时，其控制过程与正转的双相作用区相比，区别仅在于励磁相序；定义三相开关磁阻电机的相分别为A相、B相和C相，正转的励磁相序为A-B-C，则反转的相序为A-C-B。