一种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法
【专利摘要】一种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，开关磁阻电机控制器由内外两个控制闭环构成，内环为加速度闭环，用加速度调节器实现加速度闭环控制，外环为速度闭环，用速度调节器实现速度闭环控制；速度给定v*与实际速度反馈v的差e作为速度闭环速度调节器的输入，速度闭环速度调节器1的输出为加速度给定a*；加速度给定a*与实际加速度反馈a的差e2作为加速度闭环加速度调节器的输入，加速度闭环加速度调节器的输出为相电流斩波限Iref；依此相电流斩波限Iref对功率变换器相电流实施斩波，从而控制开关磁阻电机系统的相电流，调节和平滑开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度。该方法电磁力、电磁转矩控制平滑，脉动小，速度响应快、超调小、受负载影响小，性价比高，具有良好的工程应用价值。
【专利说明】—种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，适用于各种类型、各种相数的开关磁阻电机驱动系统。
【背景技术】
[0002]为了获得开关磁阻电机较好的调速性能，国内外学者从开关磁阻电机本体的设计、仿真模型的搭建以及控制算法的研究等方面，对开关磁阻电机调速系统进行了一系列深入的研究。为了精确的控制开关磁阻电机的出力，用力或转矩分配函数法，根据开关磁阻电机转子实时所在位置，给电机各相分配所需出力的电流/磁链给定值，实施电机各相电磁力、电磁转矩的平滑控制；但是力或转矩分配函数法，需要获得开关磁阻电机的电磁力/转矩-位置-电流或相电感-位置-电流数据，控制精度依赖于这些数据的精度，控制器针对性强，通用性低。在开关磁阻电机和负载之间安装力/转矩传感器，实时检测电机出力，可实现开关磁阻电机电磁力/转矩的直接控制；但这使得整个控制系统的可靠性和控制精度不仅依赖于位置/速度传感器的可靠性和检测精度，还依赖于力/转矩传感器的可靠性和检测精度，且开关磁阻电机驱动系统的造价也随之增加。通过电磁力/转矩-位置-电流数据信息估算出开关磁阻电机实时的电磁力/转矩；然而，同力或转矩分配函数法一样，实测或者仿真得到的电磁力/转矩-位置-电流数据无法很好的适应实际应用环境中开关磁阻电机绕组内阻、气隙、负载扰动等参数的变化。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，通过调节和平滑开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度，从而实现开关磁阻电机速度与加速度双闭环的控制。
[0004]本发明的开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，采用由内外两个控制闭环构成的开关磁阻电机控制器，所述的内环为加速度闭环，加速度闭环用加速度调节器来实现加速度闭环控制，外环为速度闭环，速度闭环用速度调节器实现速度闭环控制；
[0005]预先对开关磁阻电机设定一个速度给定值/，将速度给定值/与开关磁阻电机实际速度反馈值V的差值e作为开关磁阻电机速度闭环速度调节器的输入值，速度闭环调节器的输出值为开关磁阻电机加速度给定值a* ；
[0006]将开关磁阻电机加速度给定值a*与开关磁阻电机实际加速度反馈值a的差值e2作为开关磁阻电机加速度闭环调节器2的输入值，加速度闭环调节器2的输出值为开关磁阻电机相电流斩波限值IMf ；
[0007]依此相电流斩波限值Iref对开关磁阻电机功率变换器相电流实施斩波，以此控制开关磁阻电机系统的相电流，从而调节和平滑开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度；
[0008]若实际的相电流大于相电流斩波限值IMf，则开关磁阻电机功率变换器的主开关被关断；
[0009]当实际的相电流小于或等于相电流斩波限值IMf时，则开关磁阻电机功率变换器的主开关重新开通。
[0010]有益效果:由于采用了上述速度与加速度双闭环控制方法，控制开关磁阻电机系统的相电流，实现了开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度的平滑调节，电磁力、电磁转矩脉动小，速度响应快、超调小、受负载影响小，不需要开关磁阻电机电磁力/转矩-位置-电流或相电感-位置-电流数据、不需要力/转矩传感器，能很好的适应实际应用环境中开关磁阻电机绕组内阻、气隙、负载扰动等参数的变化，通用性强，适用于各种类型、各种结构、各种相数的开关磁阻电机驱动系统，性价比高、实用性强，效果好，具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制结构示意图。
[0012]图2是本发明的开关磁阻电机的三相电流波形。
[0013]图3是本发明的开关磁阻电机速度响应曲线。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述:
[0015]如图1所示，开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，采用速度与加速度双闭环控制的开关磁阻电机控制器，其控制器由内外两个控制闭环构成。内环为加速度闭环，用加速度调节器2实现加速度闭环控制，外环为速度闭环，用速度调节器I实现速度闭环控制。速度给定值/与实际速度反馈值V的差值e作为速度闭环速度调节器I的输入，速度闭环速度调节器I的输出为加速度给定值a'加速度给定值a*与实际加速度反馈值a的差值e2作为加速度闭环加速度调节器2的输入，加速度闭环加速度调节器2的输出为相电流斩波限IMf。速度调节器I采用PI控制算法、模糊控制算法、滑模控制算法等控制算法，以及多种控制算法的组合，速度调节器2也采用PI控制算法、模糊控制算法、滑模控制算法等控制算法，以及多种控制算法的组合。功率变换器主开关的开通角和关断角被固定。依此相电流斩波限IMf对功率变换器相电流实施斩波:若实际的相电流大于相电流斩波限IMf，则功率变换器的主开关被关断，若实际的相电流还是大于相电流斩波限IMf，当实际的相电流小于或等于相电流斩波限值IMf时，则开关磁阻电机功率变换器的主开关重新开通。否贝U，接通功率变换器的主开关。以此控制开关磁阻电机系统的相电流，如图2所示。调节开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度，使开关磁阻直线电机速度平滑上升到预先设定的给定值平滑开关磁阻电机系统的速度曲线，如图3所示。
[0016]应用实例:针对一台三相单边型6/4结构开关磁阻直线电机，预先对该开关磁阻直线电机设定一个速度给定值Vit=0.60m/s,将速度给定值V*与开关磁阻直线电机实际速度反馈值V的差值e作为开关磁阻直线电机速度闭环速度调节器I的输入值，如图1所示，速度闭环调节器I的输出值为开关磁阻直线电机加速度给定值a* ;将开关磁阻直线电机加速度给定值a*与开关磁阻直线电机实际加速度反馈值a的差值e2作为开关磁阻直线电机加速度闭环调节器2的输入值，加速度闭环调节器2的输出值为开关磁阻直线电机相电流斩波限值IMf=5A ;速度调节器I采用PI控制算法、模糊控制算法、滑模控制算法等控制算法，或采用PI+模糊控制算法、PI+滑模控制算法、模糊+滑模控制算法，速度调节器2亦可用PI控制算法、模糊控制算法、滑模控制算法等控制算法，或采用PI+模糊控制算法、PI+滑模控制算法、模糊+滑模控制算法。依此相电流斩波限值IMf=5A对开关磁阻直线电机功率变换器相电流实施斩波，若实际的开关磁阻直线电机功率变换器相电流大于相电流斩波限值IMf=5A，则开关磁阻直线电机功率变换器的主开关被关断；当实际的开关磁阻直线电机功率变换器相电流小于或等于相电流斩波限值Iref时，则开关磁阻直线电机功率变换器的主开关重新开通；以此控制开关磁阻电机系统的三相电流，如图2所示；从而调节和平滑开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度，使开关磁阻直线电机速度平滑上升到预先设定的给定值Vit=0.60m/s,如图3所示。
【权利要求】
1.一种开关磁阻电机速度与加速度双闭环控制方法，采用由内外两个控制闭环构成的开关磁阻电机控制器，其特征在于:所述的内环为加速度闭环，加速度闭环用加速度调节器(2)来实现加速度闭环控制，外环为速度闭环，速度闭环用速度调节器(I)实现速度闭环控制； 预先对开关磁阻电机设定一个速度给定值将速度给定值/与开关磁阻电机实际速度反馈值V的差值e作为开关磁阻电机速度闭环速度调节器(I)的输入值，速度闭环调节器(I)的输出值为开关磁阻电机加速度给定值a* ; 将开关磁阻电机加速度给定值a*与开关磁阻电机实际加速度反馈值a的差值e2作为开关磁阻电机加速度闭环调节器(2)的输入值，加速度闭环调节器(2)的输出值为开关磁阻电机相电流斩波限值IMf ; 依此相电流斩波限值IMf对开关磁阻电机功率变换器相电流实施斩波，以此控制开关磁阻电机系统的相电流，从而调节和平滑开关磁阻电机系统电磁力、电磁转矩及速度； 若实际的相电流大于相电流斩波限值IMf，则开关磁阻电机功率变换器的主开关被关断； 当实际的相电流小于或等于相电流斩波限值IMf时，则开关磁阻电机功率变换器的主开关重新开通。
【文档编号】H02P25/08GK103888045SQ201410104043
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】陈昊, 王千龙 申请人:中国矿业大学