[发明专利]基于电压矢量的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种基于电压矢量的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，该方法根据开关磁阻电机的转矩特性曲线划分扇区，依据转矩脉动系数以及期望转矩自适应地确定滞环区域的大小，考虑了换相区域刚导通相的转矩输出能力，根据运行状况与导通规则对每相电压占空比进行实时调整，细化了直接瞬时转矩控制的电压矢量。本发明方法实现成本低，拓展了采样周期，减小了电流脉动与转矩脉动，绕组铜耗低，实用性强。

主权项

一种基于电压矢量的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：对m相开关磁阻电机一个转子周期进行扇区划分：其中电机相数m≥3，转子齿极距为θr，即一个转子周期转过的机械角度为θr，开关磁阻电机的步进角为θr/m对应的电角度为2π/m；将第ξ相的导通范围划分为三个扇区S3ξ‑2[θξon～θξturn)，S3ξ‑1[θξturn～θ(ξ‑1)off)，S3ξ[θ(ξ‑1)off～θ(ξ+1)on)；其中，θξon≤θξturn≤θ(ξ‑1)off≤θ(ξ+1)on，θξon为ξ相开通角，θξturn为ξ相转矩特性曲线转折点，θξoff为ξ相关断角，θ(ξ‑1)off为ξ‑1相关断角，θ(ξ+1)on为ξ+1相开通角；θ(ξ-1)off=(θξoff-θrm+θr)mod(θr)---(1)]]>θ(ξ+1)on=(θξoff+θrm)mod(θr)---(2)]]>按此方式将m相开关磁阻电机的一个转子周期划分为扇区S1、S2、...Sj‑1、Sj，j为扇区个数，j＝3m，第ξ相的单相导通扇区为S3ξ，将扇区S3ξ‑2、S3ξ‑1、S3ξ归为一组，称为第ξ组扇区；步骤2：确定当前采样时刻转矩环的滞环区域[‑TH～TH]：TH=τTref2---(3)]]>其中，Tref为转速环控制器输出的期望转矩值，τ为期望的转矩脉动系数；步骤3：确定当前采样时刻的转速与负载下，驱动电路PWM波的占空比限值αlimit：αlimit=min{1,HωrTref}---(4)]]>其中，H为一常数，依据实际母线电压UDC选取；步骤4：确定当前采样时刻的瞬时电磁转矩T：对于第k相绕组，其瞬时电磁转矩Tk(θ，ik)由转子位置θ和相电流ik查找存储在微控制器内存中的转矩特性表得到，将m相的瞬时电磁转矩相加得到合成的瞬时电磁转矩步骤5：确定当前采样时刻的转矩误差ΔT：ΔT＝Tref‑T      (5)步骤6：确定当前采样时刻所处的扇区，在不同扇区采用不同的导通规则：根据转子位置θ，依照步骤1确定当前扇区，以及当前扇区所属组ξ，确定当前需要考虑的三相绕组ξ‑1、ξ、ξ+1，ξ为扇区S3ξ的单独导通相，ξ‑1代表ξ的上一相，ξ+1代表ξ的下一相，相邻三相ξ‑1、ξ、ξ+1运行顺序为ξ‑1→ξ→ξ+1，ξ‑1为即将关闭相，ξ为刚导通相，在ξ‑1、ξ换相期间，ξ+1相保持关断，若存在其他相，则其他相在扇区S3ξ‑2、S3ξ‑1、S3ξ内保持关断状态；依据步骤2得到的转矩滞环区域将转矩误差的大小划分为4个段，根据步骤5计算得到的转矩误差ΔT的大小，得到当前采样周期转矩误差所处的段，在不同段选取不同的电压矢量其中，a，b，c分别代表ξ‑1、ξ、ξ+1三相的驱动电路PWM波的占空比；步骤7：针对采用不对称半桥作为功率变换器的开关磁阻电机驱动电路，按照以下方式对各相电压进行脉宽调制：将ξ‑1、ξ、ξ+1以外的所有相的上下两个开关管都关断，依据步骤6得到的ξ‑1、ξ、ξ+1三相的驱动电路PWM波的占空比α的大小，通过对开关器件施加固定载波频率的PWM波，在一个采样周期内分配不对称半桥驱动电路开关管状态“1”、“0”、“‑1”所占大小，其中‑1≤α≤1，绕组上的等效相电压由直流电压源输出的母线电压UDC和占空比α表示为：U‾ph=UDC*α---(6)]]>其中，α是步骤6所述驱动电路PWM波的占空比a，b，c的通用符号，所述不对称半桥电路包括直流电压源和并联在直流电压源输出端之间的绕组驱动电路，所述绕组驱动电路的数量与开关磁阻电机的相数m相等，每相绕组驱动电路均有全控型器开关管件V1、V2以及续流二极管VD1、VD2构成。