[发明专利]一种开关磁阻电机转矩测量仪

摘要

本发明公开了一种开关磁阻电机转矩测量仪，其测量方法包括电机建模、磁链特性测量等步骤。本发明集建模和测量功能于一体，对不同结构的参数未知的开关磁阻电机只需稍加修改软件程序即可完成建模及之后的转矩测量，应用范围广泛。整个建模及测量的操作都通过微控制器控制完成，简单方便易操作。所有电机变量在计算时均采用标幺化和Q15定标处理，避免了控制器进行费时的浮点数运算，转矩测量仪的实时性因此大大提高，同时在微控制器的选型上，便可以选用成本较低的微控制器，而不必选择昂贵的专门用于计算的DSP。

主权项

1.一种开关磁阻电机转矩测量仪，其特征是：其测量方法包括：(一)电机建模采用实验测量的方法对电机转矩建模；转矩通过磁共能对位置角的偏导数计算得出，计算公式如下所示：其中，T代表转矩，W为磁共能，θ是位置角，i为相电流，ψ为磁链；(二)磁链特性测量(1)测量公式开关磁阻电机一相绕组磁链表达式如下：其中ψ_k(t)为k相t时刻的磁链，u_k(t)为k相t时刻的电压值，i_k(t)为k相t时刻电流值，R为相绕阻；由(2)式可知，要想求得某相第t时刻的磁链值，就要知道0到t时刻某相电压，电流值，相绕阻以及0时刻的磁链值；上式对应的离散形式可以用数值梯形积分算法获得，表示为：用的电机定转子都没有永磁体，初始时刻的磁链值ψk(0)为0；通过(3)式，便可由相电压和电流计算出对应的磁链值；(2)关键位置的磁链特性测量根据各相对称的特点，通过给不同相通电，可以使电机转子分别稳定在不同位置，从而测得若干条磁链曲线；对于0°，7.5°，15°，22.5°四个位置，在这四个位置分别给电机施加电压，从而可以测得四条电压电流离散曲线；由式(3)，便可以将上面四条电压电流离散曲线转换为磁链‑‑‑电流离散曲线；再对曲线进行插值计算，即可获得四个位置下电流测量范围内任意电流值对应的磁链值；(3)完整磁链特性的获取由于磁链与位置角的关系是一个周期性的波形，并且已经获得四条不同位置下的磁链曲线，因此采用一个四阶的傅里叶级数来表示磁链与位置角的关系：ψ(θ,i)＝ψ0(i)+ψ₁(i)cos(Nθ)+ψ₂(i)cos(2Nθ)+ψ₃(i)cos(4Nθ)   (4)其中N代表电机的转子极数，θ是位置角，ψ_k(i)，k＝0,1,2,3是电流为i时傅里叶级数的系数；由四条关键位置磁链曲线可以列出四个方程得到如下等式，电流为i时对应的傅里叶级数的系数可以由下面的式子算出，系数算出后便可由式(4)求得电流为i时任意角度位置对应的磁链；电流从0遍历到测量上限值，即得到电机的完整磁链特性；θ₀、θ₁、θ₂、θ₃，分别是位置角0°、7.5°、15°、22.5°；(4)转矩特性的获取有了完整的磁链特性，通过式(1)即可算出完整的转矩特性，然后将其转换为二维查找表的形式，横纵坐标分别对应电流，位置角，表格内为转矩值；(5)转矩的实时测量电机运转过程中每测量出一组电流和位置角，控制器便根据前面建模得到的转矩特性，使用双线性插值法计算得到对应的瞬时转矩值；将某时刻的三相转矩值相加即可得到该时刻电机的合成转矩，用微控制器中的DAC输出即可通过示波器观测；为了加快微控制器的计算速度，所有电机变量数值在程序中都经过标幺化和Q15定标转化为定点数，避免了控制器进行费时的浮点数运算。