基于准正弦波电流励磁的SRM转矩脉动优化控制方法

本发明属于电机控制，具体涉及一种基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法。

背景技术：

1、开关磁阻电机(switched reluctance motor,srm)因其结构简单、制造成本低、可靠性高、启动转矩大、高效率等优点被广泛应用于电动汽车、家用电器、航天器启动器等多种领域。参见图1，开关磁阻电机驱动系统(switched reluctance motor drive，srd)包括开关磁阻电机(srm)、功率变换器、位置传感器、电流传感器和控制器；开关磁阻电机负责机电能量转换，功率变换器为开关磁阻电机的定子绕组励磁，控制器为功率变换器的开关器件提供驱动信号，编码器实时检测转子位置，电流传感器实时检测电机的三相电流。

2、开关磁阻电机简单而独特的双凸极结构产生的非线性电磁特性导致其在低速运行时存在较大的转矩脉动，限制了srm的进一步推广和应用。电流励磁抑制转矩脉动是一种重要的控制方法，其通过在基频虚拟电流中注入其他阶次的虚拟电流，达到抑制转矩脉动的目的。基于电流励磁的转矩脉动控制经典的方法有准方波电流励磁和带有直流偏置分量的正弦波电流励磁，传统的准方波电流励磁控制的相电流与相电感波形参见图2，相电流通常调整为准方波波形，在电感斜率为正时导通电流以获得正转矩；这种控制方法的转矩输出能力强，但是电流波形不连续会造成较大的转矩脉动，同时需要依赖于电机精确的电磁特性数据，例如高速高准确度采样以及极低步长，以实时调制电流或转矩，对控制系统硬件、软件都有着更高的要求。带有直流偏置分量的正弦波电流励磁控制的相电流与相电感波形参见图3，仿照交流电机的控制逻辑，相电感被简化为正弦化模型，相电流为带直流偏置的正弦波，尽管这种控制方法的波形连续，但是其控制方式参考永磁同步电机，存在固有的三次转矩谐波，因此转矩脉动大。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法，以减小srm转矩脉动，使srm获得更高的运行稳定性。

2、本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

3、一种基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1、采集开关磁阻电机的转子位置电角度和三相电流实际值；根据转子位置电角度计算电机的实际转速，并计算实际转速与给定转速之间的转速偏差，转速偏差经过pi控制，得到基频虚拟电流q轴分量参考值；

5、根据转子位置电角度和基频虚拟电流矢量参考值，利用式(1)计算三相虚拟电流参考值；

6、

7、式中，θe表示转子位置电角度，[i'a*,i′b*,i′c*]t表示三相虚拟电流参考值，t表示矩阵转置，[i'd_1*,i'q_1*,i′0_1*]t表示基频虚拟电流矢量参考值，i′d_1*、i′q_1*、i′0_1*分别为基频虚拟电流d轴、q轴和0轴分量参考值；

8、将三相虚拟电流参考值代入式(2)中计算电机转矩：

9、

10、式中，te表示电机转矩，nr表示转子极数，ij表示实际相电流，i′j表示虚拟相电流，w′(ij,θe)表示磁共能，lj表示相电感，j表示开关磁阻电机的相序号，j＝1,2,…,m表示开关磁阻电机的a、b、、、m相，m表示开关磁阻电机的总相数；

11、步骤2、通过仿真获得开关磁阻电机的各相电感，将各相电感进行傅里叶分解，得到各相电感的各阶分量；根据不同阶次虚拟电流矢量对电机转矩谐波的作用规律，选取二阶虚拟电流矢量作为补偿量，与基频虚拟电流矢量叠加，得到三相虚拟电流；其中，三相虚拟电流参考值的表达式为：

12、

13、i′q_2*＝k·i′q_1*  (14)

14、i′0*＝i′0_1*+i′0_2*  (15)

15、

16、式中，i′d_2*、i′q_2*、i′0_2*分别为二阶虚拟电流d轴、q轴和0轴分量参考值；i′d_1*和i′d_2*为给定值，取值均为0；l1、l2、l4和l5分别表示一阶、二阶、四阶和五阶相电感；

17、步骤3、计算三相虚拟电流参考值与实际值之间的误差，三相虚拟电流误差经过滞环控制，生成功率变换器各个开关管的驱动信号，对功率变换器进行开关控制，进而控制开关磁阻电机。

18、进一步的，所述虚拟相电流为实际相电流的平方。

19、进一步的，在步骤2中，补偿后的虚拟电流矢量与相电感相互作用产生的电机转矩表示为：

20、

21、+(4l4i′q_2-(5l5-7l7)i′q_1)cos(6θe)-6(l3 sin(3θe)+2l6 sin(6θe))i′0+7l7i′q_2cos(9θe)]

22、式中，te_1、te_2分别表示一阶和二阶电机转矩，i′q_1、i′q_2分别表示一阶和二阶虚拟电流q轴分量，i′0表示一阶和二阶虚拟电流0轴分量之和，l3、l6和l7分别表示三阶、六阶和七阶相电感。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1.本发明提出了基于虚拟电流的转矩控制方法，分析不同阶次虚拟电流矢量对转矩谐波的作用规律，根据作用规律选取二阶虚拟电流矢量作为补偿量，与基频虚拟电流矢量叠加后，再与相电感相互作用产生电机转矩，抑制了转矩脉动。

25、2.本发明从电机转矩公式分析，推导出一种最大化减小转矩脉动的电流波形，即介于方波与标准正弦波之间的准正弦波形，不仅解决了传统准方波电流不连续导致转矩脉动较大的问题，而且避免了带有直流偏置的正弦波电流励磁存在的控制方式复杂、转矩脉动大等问题。

技术特征：

1.一种基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法，其特征在于，所述虚拟相电流为实际相电流的平方。

3.根据权利要求1所述的基于准正弦波电流励磁的srm转矩脉动优化控制方法，其特征在于，步骤2中，补偿后的虚拟电流矢量与相电感相互作用产生的电机转矩表示为：

技术总结
本发明为基于准正弦波电流励磁的SRM转矩脉动优化控制方法，首先采集转子位置电角度和三相电流实际值；根据转子位置电角度计算电机的实际转速，并计算实际转速与给定转速之间的转速偏差，转速偏差经过PI控制，得到基频虚拟电流q轴分量参考值；根据转子位置电角度和基频虚拟电流矢量参考值，计算三相虚拟电流参考值；然后，通过仿真获得开关磁阻电机的各相电感，将各相电感进行傅里叶分解；选取二阶虚拟电流矢量作为补偿量，与基频虚拟电流矢量叠加，得到三相虚拟电流；最后，计算三相虚拟电流参考值与实际值之间的误差，三相虚拟电流误差经过滞环控制，生成功率变换器各个开关管的驱动信号，对功率变换器进行开关控制。该方法通过生成一种准正弦波形的相电流，抑制转矩脉动。

技术研发人员：孙庆国,吕广宇
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13