一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统和方法，在基于线性电感模型的闭环控制系统中，根据电感变化率特性曲线，设计神经网络隐含层的特殊分段非线性激励函数，并在线描述SRM非线性电感变换率的强非线性特性，以构建电感变化率神经网络模型。通过电感变化率神经网络电感变化率信息，在恒定转矩下，推算出理想参考电流，实现了SRM恒转矩控制，达到了有效抑制SRM转矩脉动的目的。基于电感变换率特性神经网络建模，直接得到恒转矩下理想电流，其技术方法运算量小，方便开关磁阻电机的在线控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统和方法
本专利技术涉及新能源汽车控制
，具体涉及一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统和方法。
技术介绍
减少碳排放已经成为世界各国重点关注的议题，许多科研人员致力于实现这个目标，而在交通运输领域，新能源汽车已成为世界各国的研究重点。由于开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单坚固、制造成本低、功率密度高、可作为发电机与电动机、调速范围广等优点，成为新一代新能源汽车驱动装置的重要候选。然而，由于SRM低速运行时产生较大转矩脉动以及由此而引起的噪声，严重制约了SRM的发展与应用。因此，利用先进控制理论设计合适的控制策略，减小SRM低速运行时的转矩脉动，具有重要的产业应用价值。SRM内部电磁关系极其复杂，为了运算方便，在忽略电机运行时磁路饱和影响以及磁通边缘效应次要因素下，则SRM电流-转矩模型如下：其中，L为绕组电感、i为绕组电流、T为电磁转矩、θ为转子位置角。SRM相电感近似表达式如下：La,b,c≈L0+L1cos(Nrθ)+L2cos(2Nrθ)+L3cos(3Nrθ)+L4cos(4Nrθ)(2)其中，L0、L1、L2、L3、L4为电感系数，Nr为转子级数。对于三相6/4极SRM等效总电感近似表达式可写为：L＝La+Lb+Lc+k1Lab+k2Lbc+k3Lca(3)其中，La、Lb、Lc分别表示三相电感，Lab、Lbc、Lca分别表示相邻相电感之间的耦合，k1、k2、k3是系数。而由式(2)与式(3)可知，电感近似解析表达式非常复杂，电感表现为高度非线性特性。SRM控制系统中，电感特性为高度非线性，然而，现有的研究大多利用传统数学建模方法对电感特性进行非线性建模，以获得非线性电感的模型。有文献利用傅里叶级数表示SRM非线性电感模型，为便于运算，忽略傅里叶展开式高次项，利用有限元分析法获取几个特殊转子位置处电感值，计算得到傅里叶级数中各项电感系数，从而得到非线性电感的近似模型。有文献对电感模型进行分段处理，利用多项式拟合法构建SRM非线性电感模型。以上均通过传统数学建模方法对电感进行非线性建模，但由于SRM电感特性为高度非线性，因此建模过程复杂，计算量大，难以得到非线性电感的准确并具有在线学习能力的数学模型。有文献对SRM非线性电感特性进行近似线性化处理，利用近似线性电感模型进行SRM恒转矩控制。此方法虽计算量小、控制简便、易于实现，但电感模型的不精确引起较大转矩偏差、导致转矩脉动过大，不利于SRM的精确控制。
技术实现思路
本专利技术针对现有开关磁阻电机的转矩控制系统的电感模型的不精确所导致的开关磁阻电机在低速下，较大转矩脉动大难以有效解决的问题，提供一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统和方法。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，包括步骤如下：步骤1、设定开关磁阻电机的参考转矩Tref，并将其送入电流-转矩模型单元和电感变化率神经网络模型单元的输入端；步骤2、位置检测器检测开关磁阻电机的转子位置角θ，并将其送入电流分配单元和电感变化率神经网络模型单元；步骤3、相电流检测器检测开关磁阻电机的各相当前相电流ikk，并将其送至电流滞环单元；步骤4、电感变化率神经网络模型单元采用在线训练的方法，根据当前开关磁阻电机的当前转矩Te与参考转矩Tref的转矩偏差up不断调节神经网络权值，以得到最佳电感变化率神经网络模型，并输出开关磁阻电机的电感变化率un送至电流-转矩模型单元；步骤5、电流-转矩模型单元根据开关磁阻电机的电感变化率un，将开关磁阻电机的参考转矩Tref转换为开关磁阻电机的参考总电流iref；步骤6、电流分配单元将开关磁阻电机的参考总电流iref分配为开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*；步骤7、电流滞环单元实现开关磁阻电机的各相当前相电流ikk对开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*的跟踪，以得到开关磁阻电机的各相控制相电流ikk′；步骤8、功率变换器将电流滞环单元输出的开关磁阻电机的各相控制相电流ikk′送至开关磁阻电机，以实现对开关磁阻电机的转矩控制；上述kk为开关磁阻电机的相数，kk＝1,2,3。电感变化率神经网络模型单元的转矩偏差up为：up＝Tref-Te其中，Tref表示开关磁阻电机的参考转矩，Te表示开关磁阻电机的当前转矩。电感变化率神经网络模型单元的电感变化率un为：其中，L表示开关磁阻电机的绕组电感、θ表示开关磁阻电机的转子位置角。电感变化率神经网络模型单元的电感变化率神经网络为：其中，un表示电感变化率，wj表示隐含层第j个隐含节点对应加权系数，hj表示隐含层第j个隐含节点的激励函数，Tref表示开关磁阻电机的参考转矩，θ表示开关磁阻电机的转子位置角，θ0表示位置度阈值，α表示增益系数，c表示中心点系数，b表示宽度系数，d表示修正系数，j＝1,…,L，L表示电感变化率神经网络的隐含层隐含节点数。电感变化率神经网络的隐含层的电流分配函数为：其中，gkk(θ)表示第kk相电流分配函数，kk表示开关磁阻电机的相数，kk＝1,2,3，θon表示开通角，θoff表示关断角，θov表示换相重叠角。实现上述转矩控制方法的一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制系统，包括位置检测器、相电流检测器、微控制器和功率变换器；位置检测器和相电流检测器与开关磁阻电机连接；位置检测器和相电流检测器的输出端与微控制器相连；微控制器的输出端连接功率变换器的输入端，功率变换器三相输出分别连接控制开关磁阻电机的三相线。上述方案中，微控制器包括电流-转矩模型单元、电流分配单元、电流滞环单元和电感变化率神经网络模型单元；设定开关磁阻电机的参考转矩Tref送入电流-转矩模型单元和电感变化率神经网络模型单元的输入端；位置检测器将检测到的开关磁阻电机的转子位置角θ送入电流分配单元和电感变化率神经网络模型单元；相电流检测器将检测到的开关磁阻电机的各相当前相电流ikk送至电流滞环单元；电感变化率神经网络模型单元根据当前开关磁阻电机的当前转矩Te与参考转矩Tref的转矩偏差up不断调节神经网络权值，以得到最佳电感变化率神经网络模型，并输出开关磁阻电机的电感变化率un送至电流-转矩模型单元；电流-转矩模型单元根据开关磁阻电机的电感变化率un，将开关磁阻电机的参考转矩Tref转换为开关磁阻电机的参考总电流iref；电流分配单元将开关磁阻电机的参考总电流iref分配为开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*；电流滞环单元实现开关磁阻电机的各相当前相电流ikk对开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*的跟踪，得到开关磁阻电机的各相控制相电流ikk′；上述kk为开关磁阻电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，包括步骤如下：/n步骤1、设定开关磁阻电机的参考转矩T

【技术特征摘要】
1.一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，包括步骤如下：
步骤1、设定开关磁阻电机的参考转矩Tref，并将其送入电流-转矩模型单元和电感变化率神经网络模型单元的输入端；
步骤2、位置检测器检测开关磁阻电机的转子位置角θ，并将其送入电流分配单元和电感变化率神经网络模型单元；
步骤3、相电流检测器检测开关磁阻电机的各相当前相电流ikk，并将其送至电流滞环单元；
步骤4、电感变化率神经网络模型单元采用在线训练的方法，根据当前开关磁阻电机的当前转矩Te与参考转矩Tref的转矩偏差up不断调节神经网络权值，以得到最佳电感变化率神经网络模型，并输出开关磁阻电机的电感变化率un送至电流-转矩模型单元；
步骤5、电流-转矩模型单元根据开关磁阻电机的电感变化率un，将开关磁阻电机的参考转矩Tref转换为开关磁阻电机的参考总电流iref；
步骤6、电流分配单元将开关磁阻电机的参考总电流iref分配为开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*；
步骤7、电流滞环单元实现开关磁阻电机的各相当前相电流ikk对开关磁阻电机的各相参考相电流ikk*的跟踪，以得到开关磁阻电机的各相控制相电流ikk′；
步骤8、功率变换器将电流滞环单元输出的开关磁阻电机的各相控制相电流ikk′送至开关磁阻电机，以实现对开关磁阻电机的转矩控制；
上述kk为开关磁阻电机的相数，kk＝1,2,3。


2.根据权利要求1所述一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，转矩偏差up为：
up＝Tref-Te
其中，Tref表示开关磁阻电机的参考转矩，Te表示开关磁阻电机的当前转矩。


3.根据权利要求1所述一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，电感变化率un为：



其中，L表示开关磁阻电机的绕组电感、θ表示开关磁阻电机的转子位置角。


4.根据权利要求1所述一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，电感变化率神经网络模型单元的电感变化率神经网络为：



其中，un表示电感变化率，wj表示隐含层第j个隐含节点对应加权系数，hj表示隐含层第j个隐含节点的激励函数，Tref表示开关磁阻电机的参考转矩，θ表示开关磁阻电机的转子位置角，θ0表示位置度阈值，α表示增益系数，c表示中心点系数，b表示宽度系数，d表示修正系数，j＝1,…,L，L表示电感变化率神经网络的隐含层隐含节点数。


5.根据权利要求4所述一种基于电感率模型的开关磁阻电机转矩控制方法，其特征是，电感变化率神经网络的隐含层的电流分配函数为：



其中，gkk(θ)表示第kk相电流分配函数，kk表示开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：党选举，莫太平，李晓，施亚洲，伍锡如，张向文，张琦，姜辉，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45