[发明专利]一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略

权利要求书

1.一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略，其特征在于，完成该控制方法的开关磁阻电机驱动系统包括微控制器、三相开关磁阻电机、功率变换器、PWM驱动单元、电流传感器、电流检测滤波电路、位置传感器；其中，功率变换器的主电路为三相不对称半桥结构；开关磁阻电机驱动系统采用双闭环控制，外环为转速闭环，通过位置传感器实时计算得到电机转速，参考转速和实际转速做差经过PI控制器得到参考电流；内环为电流环，通过有限元分析得到电感、电流、转子位置角的关系，通过二维查表法得到相电流和转子位置角对应的相电感值、相反电动势值，以及电机的控制频率；通过上述条件得到相应预测电流区间，进而计算出每个开关状态的维持时间，作为导通相的PWM控制信号，驱动电机运行。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略，具体原理如下：

(1)建立电流预测模型

SRM功率变换器采用不对称半桥结构，上下桥臂各由一个IGBT组成，两个IGBT的通断组合构成三种状态：定义功率变换器上下桥IGBT同时导通为状态1，此时绕组处于励磁状态；上桥IGBT关断同时下桥IGBT导通为状态0，此时绕组处于续流状态；上下桥IGBT同时关断为状态-1，此时绕组处于退磁状态；由功率电路拓扑可得3种状态下的相电压分别为：

式(1)中：U_ph(on)为上下桥IGBT同时导通时绕组电压值；U_ph(off)为上桥IGBT关断同时下桥IGBT关断时绕组电压值；U_ph(down)为上下桥IGBT同时关断时相电压值；U_dc为母线侧电压值；U_G为IGBT管压降；U_D为二极管管压降；U_R为相绕组电阻压降；

忽略相间互感，可得电机相绕组电压方程，而磁链是电感和电流的函数，电感又随转子位置角和绕组电流而变化，可得式：

其中U_ph为相电压值，R为绕组电阻值，i_ph为绕组电流值，Ψ_ph为绕组磁链值，θ为转子位置角，L_inc为电感增量，E_bmf为绕组反电动势；

根据欧拉近似，相绕组电压公式可离散为：

[i_ph(k+1)-i_ph(k)]/T_s＝L_inc(k)^-1[U_ph(k)-Ri_ph(k)-E_bmf(k)] (3)

其中T_s为采样时间；

(2)建立预测电流与参考电流的关系

根据式(1)和式(3)可以得到式(4)：

式中，i_ph(on)(k+1)为相电压为U_ph(on)情况下预测到的下一个采样点电流值；i_ph(off)(k+1)为相电压为U_ph(off)情况下预测到的下一个采样点电流值；i_ph(down)(k+1)为相电压为U_ph(down)情况下预测到的下一个采样点电流值；

(3)计算采样周期内各开关状态占空比

根据各种情况，匹配相应的开关管开通状态占空比，即可使得预测电流值精确的到达下一时刻参考电流值，具体操作如下；

其中i_ref为下一时刻参考电流值，i(k+1)_-为整个采样周期进行退磁后的相绕组电流值，i(k+1)₊为整个采样周期进行励磁后的相绕组电流值；

状况1：i_ref＝i(k)，此时电机绕组既不需要励磁也不需要退磁，相绕组电流值保持恒定，开关管处于续流阶段，即IGBT组合状态为0，有T_s＝T_off；

状况2：i(k+1)_-i_refi(k)，此时可通过解三角形法求得绕组退磁和励磁状态在一个周期内的占空比，使得预测电流在下个采样周期到达参考电流值；此时开关管在T_down和T_on时间段分别工作于IGBT组合状态-1和1，有T_S＝T_down+T_on；

状况3：i_refi(k)同时i_refi(k+1)_-，此时在一个采样周期内无论怎样调整开关管工作状态，预测电流均无法达到下一时刻参考电流值，只能在全采样周期进行退磁从而尽量减少误差，此时开关管IGBT工作于组合状态-1，有T_s＝T_down；

状况4：i(k+1)₊i_refi(k)，同状况2，同样可通过解三角形法求得绕组励磁和退磁状态在一个周期内的占空比，使得预测电流在下个采样周期到达参考电流值；此时开关管在T_on和T_down时间段分别工作于IGBT组合状态1和-1，有T_S＝T_on+T_down；

状况5：i_refi(k)同时i_refi(k+1)₊，此时在一个采样周期内无论怎样调整开关管工作状态，预测电流均无法达到下一时刻参考电流值，只能在全采样周期进行励磁从而尽量减少误差，此时开关管IGBT工作于组合状态1，有T_s＝T_on。