[发明专利]一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略

说明书

本发明公开了一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略，属于开关磁阻电机模型预测控制技术领域，通过求解每个步长内各相开关管不同开断组合下的电流交点，精确预测下一控制周期的占空比，对电机运行精准控制。此控制系统的实现包括微控制器、三相开关磁阻电机、三相不对称半桥功率变换器、PWM驱动单元、电流互感器以及位置传感器模块。通过有限元分析得到电机电感、电流以及转子位置角的关系，进而得到各开关状态工作时间并将其作为开关管PWM信号，驱动电机运行。此控制策略无需遍历所有的功率开关管开关状态，减小了微控制器的计算量，在系统步长较大时，仍能保持较高的预测电流精度，对微控制器的性能要求不高，节省开关磁阻电机控制系统成本。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机模型预测控制技术领域，用于解决开关磁阻电机工作在非线性状态时，电机控制系统由于电流采样频率有限以及功率变换器工作状态难以确定的问题，减少功率开关管开关频率的同时提高电流预测控制系统的准确性。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、控制方式灵活、功率密度高等优点，适合运行于复杂多变的工况。开关磁阻电机有广泛的调速范围，可实现电机的高速运转，开关磁阻电机调速系统通常采用电流环作为内环，转速环作为外环进行控制，电流环通常采用电流PI控制、模型预测控制等方法。

电流PI控制作为广泛使用的控制方式，原理简单，适应性强，当注重电机控制系统的成本，对电机性能要求不高时，电流PI控制优势明显。但是电流PI控制精度不高，在系统误差较大时响应速度慢，且容易产生超调，影响系统的性能表现。同时PI控制没有严谨有效的理论来确定合适的P、I参数，在应用中主要以经验为主，需要人工进行大量的仿真与实验，因此同样限制了控制系统的开发和应用；

电流模型预测控制逻辑清晰，针对非线性的系统也有较好的控制性能，系统可以实时进行滚动优化，响应速度快，预测产生的结果作为控制信号直接驱动开关管工作。但电流模型预测控制同样存在缺点，凸出的问题就是计算量大，对控制系统的运算能力要求很高，进而提高了控制系统的成本，同时由于采样频率的限制，在较低采样频率时控制效果差。因此需要发明一种控制方法，其应具有较高的控制精度，对控制器计算能力要求不高，容许步长较大，减少功率变换器的开关损耗及发热。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在问题，提供一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略。

本发明提出的技术方案为：

一种开关磁阻电机电流交点预测控制策略，完成该控制方法的开关磁阻电机驱动系统包括微控制器1、三相开关磁阻电机2、功率变换器3、PWM驱动单元4、电流传感器5、位置传感器6；其中功率变换器3主电路采用三相不对称半桥结构；开关磁阻电机驱动系统采用外环转速闭环控制，实际转速由位置传感器6测得并计算得到，实际转速和参考转速做差经过PI控制器后得到参考电流，内环采用电流环控制，通过有限元分析得到电感、电流值和转子位置角的关系，相电感以及反电动势值通过相电流值和转子位置角在二维查表法中得到。通过上述得到的条件进一步计算，从而得到对应步长内各IGBT组合状态工作区间，将其作为对应相开关管PWM控制信号驱动电机运转。具体方法如下：

(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：