一种电励磁双凸极直线电机驱动控制系统及其控制方法

本发明涉及一种电机的驱动控制系统及其控制方法，尤其是一种电励磁双凸极直线电机驱动控制系统及其控制方法。

背景技术：

1、电励磁双凸极电机是磁阻类电机的一种，其定转子都是凸极结构，定子槽内安放有直流励磁绕组和电枢绕组，转子上无永磁体和绕组，所以具有成本低、耐高温、没有退磁风险等优点。由于其转子结构坚固可靠、励磁可调等优势在许多应用领域成为重点研究对象。

2、电励磁双凸极电机来源于开关磁阻电机，同时又具有更多的优点特性。从结构角度看，电励磁双凸极电机与开关磁阻电机相似。两种电机的定、转子均为凸极齿槽结构，并由硅钢片堆叠而成，转子无绕组。不同之处在于：1、从电机结构角度看，电励磁双凸极电机在定子槽中安装励磁绕组，由于增加了励磁绕组，在电磁磁路设计和驱动控制方法上都有较大的不同；2、从变换器角度看，电励磁双凸极电机的励磁电路和主功率电路是两个独立的电路，其中励磁电路是单相不对称半桥电路；3、从工作模式角度看，开关磁阻电机工作在单拍模式，在单拍工作模式下，开关磁阻电机可以达到较高功率密度，而电励磁双凸极电机往往在双拍模式或者半周期模式下工作，易于提高电励磁双凸极电机的输出转矩，减少转矩脉动；4、从输出转矩角度看，开关磁阻电机的起动转矩是磁阻转矩，而电励磁双凸极电机的磁阻转矩在工作过程中抵消，励磁转矩提供起动转矩；5、电励磁双凸极电机在切换状态后，主功率电路不需要控制，与开关管所并联的二极管作为全桥电路实现续流功能，实现电路的能量回馈。

3、相对于开关磁阻电机，电励磁双凸极直线电机可以达到更高的转速，且显著提高了功率密度可以在恶劣的工作环境下运行，由于励磁电流的存在，电励磁双凸极直线电机控制的灵活性较高，但电励磁双凸极直线电机的励磁线圈在工作时需要提供外接励磁电源，在一些大功率工作环境中，励磁电源功率需求较大，励磁电流需要控制在理想数值范围内，提供稳定的输出转矩，在励磁电流不稳定时，输出电压也会出现误差。

技术实现思路

1、发明目的：提供一种电励磁双凸极直线电机驱动控制系统及其控制方法，能够对电励磁双凸极直线电机进行稳定控制，使得电励磁双凸极直线电机

2、技术方案：本发明所述的电励磁双凸极直线电机驱动控制系统，包括逆变电路、控制电路、乘法电路、滞环比较电路、驱动电路、电流互感器以及电压互感器；

3、逆变电路用于与电励磁双凸极直线电机电连接，将电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us转换为直流输出电压ud；控制电路与逆变电路电连接，用于对逆变电路的直流输出电压ud进行采样、减法以及pi控制后输出直流电流id；电流互感器用于获取电励磁双凸极直线电机输出的实际电流is；电压互感器用于获取电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us；乘法电路的两个输入端分别接入控制电路输出的直流电流id以及电压互感器输出的实际电压us，将直流电流id与实际电压us相乘后输出交流电流信号id*；滞环比较电路的两个输入端分别接入乘法电路输出的交流电流信号id*以及电流互感器输出的实际电流is；驱动电路与滞环比较电路电连接，用于根据滞环比较电路的输出信号对逆变电路进行驱动控制。

4、进一步的，控制电路包括直流电压采样电路、减法电路以及pi调节电路；

5、直流电压采样电路与逆变电路电连接，用于采集逆变电路的直流输出电压ud；减法电路的两个输入端分别接入直流电压采样电路的直流输出电压ud以及预先设定的给定电压ud*，输出直流输出电压ud与给定电压ud*的差值电压δu；pi调节电路与减法电路的输出端电连接，用于根据差值电压δu调节输出直流电流id。

6、进一步的，逆变电路包括单相全桥电路、电感l、电容c1以及电阻r1；

7、电感l的一端与电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us的正极电连接；单相全桥电路的交流输入端分别与电感l的另一端以及电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us的负极电连接；单相全桥电路的直流输出端的直流输出电压ud与电容c1以及电阻r1相并联。

8、进一步的，单相全桥电路包括功率开关管v1、功率开关管v2、功率开关管v3、功率开关管v4、二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3以及二极管vd4；

9、电感l与功率开关管v1的发射极、功率开关管v2的集电极、二极管vd1的正极以及二极管vd2的负极电连接；功率开关管v3的发射极、功率开关管v4的集电极、二极管vd3的正极以及二极管vd4的负极与电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us的负极电连接；功率开关管v1的集电极分别与功率开关管v3的集电极、二极管vd1的负极、二极管vd3的负极、电容c1的一端以及电阻r1的一端电连接；功率开关管v2的发射极分别与功率开关管v4的发射极、二极管vd2的正极、二极管vd4的正极、电容c1的另一端以及电阻r1的另一端电连接；功率开关管v1的栅极、功率开关管v2的栅极、功率开关管v3的栅极以及功率开关管v4的栅极均与驱动电路电连接。

10、本发明还提供了一种电励磁双凸极直线电机驱动控制方法，采用所述的电励磁双凸极直线电机驱动控制系统，包括如下步骤：

11、由逆变电路将电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us转换为直流输出电压ud，再由控制电路对逆变电路的直流输出电压ud进行采样、减法以及pi控制后输出直流电流id；

12、由电流互感器获取电励磁双凸极直线电机输出的实际电流is，由电压互感器获取电励磁双凸极直线电机输出的实际电压us；

13、由乘法电路将控制电路输出的直流电流id以及电压互感器输出的实际电压us相乘后输出交流电流信号id*；

14、由滞环比较电路根据乘法电路输出的交流电流信号id*与电流互感器输出的实际电流is的比较结果向驱动电路输出驱动控制信号；

15、由驱动电路根据滞环比较电路的驱动控制信号对逆变电路进行驱动控制。

16、进一步的，控制电路对逆变电路的直流输出电压ud进行采样、减法以及pi控制时，具体步骤为：

17、首先由控制电路的直流电压采样电路采集逆变电路的直流输出电压ud；

18、再由控制电路的减法电路输出直流电压采样电路的直流输出电压ud与预先设定的给定电压ud*的差值电压δu；

19、最后由控制电路的pi调节电路根据减法电路输出的差值电压δu调节输出一个直流电流id。

20、进一步的，pi调节电路为增量式pi电流调节电路。

21、进一步的，滞环比较电路根据比较结果向驱动电路输出驱动控制信号时：

22、若交流电流信号id*大于或小于实际电流is，则向驱动电路输出pwm形式的驱动控制信号；若交流电流信号id*等于实际电流is，则停止向驱动电路输出pwm形式的驱动控制信号。

23、本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用电流互感器以及电压互感器分别对实际电流is以及实际电压us进行采集反馈，从而实现双闭环驱动控制输出电压，与现有的驱动控制系统相比具有更高的稳定性，且通过电流互感器能够构成电流内环，保证电流不超过承受极限，减少电流的过饱和现象；利用逆变电路对电励磁双凸极直线电机产生的交流电压进行整流，从而在电机感应电动势的整个周期内均有输出电压，且电路模型简单易实现；利用滞环比较电路代替传统的电流pi调节器，从而减少一个pi调节器，降低控制系统的设计难度，且具有较好的系统鲁棒性和快速响应。