一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法
【專利摘要】一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器由內(nèi)外兩個(gè)控制閉環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)為加速度閉環(huán)，用加速度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)加速度閉環(huán)控制，外環(huán)為速度閉環(huán)，用速度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制；速度給定v*與實(shí)際速度反饋v的差e作為速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器的輸入，速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器1的輸出為加速度給定a*；加速度給定a*與實(shí)際加速度反饋a的差e2作為加速度閉環(huán)加速度調(diào)節(jié)器的輸入，加速度閉環(huán)加速度調(diào)節(jié)器的輸出為相電流斬波限Iref；依此相電流斬波限Iref對(duì)功率變換器相電流實(shí)施斬波，從而控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的相電流，調(diào)節(jié)和平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度。該方法電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩控制平滑，脈動(dòng)小，速度響應(yīng)快、超調(diào)小、受負(fù)載影響小，性價(jià)比高，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】—種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，適用于各種類型、各種相數(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了獲得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)較好的調(diào)速性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體的設(shè)計(jì)、仿真模型的搭建以及控制算法的研究等方面，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了一系列深入的研究。為了精確的控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的出力，用力或轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)法，根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)所在位置，給電機(jī)各相分配所需出力的電流/磁鏈給定值，實(shí)施電機(jī)各相電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩的平滑控制；但是力或轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)法，需要獲得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電磁力/轉(zhuǎn)矩-位置-電流或相電感-位置-電流數(shù)據(jù)，控制精度依賴于這些數(shù)據(jù)的精度，控制器針對(duì)性強(qiáng)，通用性低。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和負(fù)載之間安裝力/轉(zhuǎn)矩傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)出力，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電磁力/轉(zhuǎn)矩的直接控制；但這使得整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和控制精度不僅依賴于位置/速度傳感器的可靠性和檢測(cè)精度，還依賴于力/轉(zhuǎn)矩傳感器的可靠性和檢測(cè)精度，且開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)也隨之增加。通過(guò)電磁力/轉(zhuǎn)矩-位置-電流數(shù)據(jù)信息估算出開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)時(shí)的電磁力/轉(zhuǎn)矩；然而，同力或轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)法一樣，實(shí)測(cè)或者仿真得到的電磁力/轉(zhuǎn)矩-位置-電流數(shù)據(jù)無(wú)法很好的適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組內(nèi)阻、氣隙、負(fù)載擾動(dòng)等參數(shù)的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)和平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)的控制。
[0004]本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，采用由內(nèi)外兩個(gè)控制閉環(huán)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器，所述的內(nèi)環(huán)為加速度閉環(huán)，加速度閉環(huán)用加速度調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)加速度閉環(huán)控制，外環(huán)為速度閉環(huán)，速度閉環(huán)用速度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制；
[0005]預(yù)先對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)定一個(gè)速度給定值/，將速度給定值/與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際速度反饋值V的差值e作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器的輸入值，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度給定值a* ；
[0006]將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度給定值a*與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際加速度反饋值a的差值e2作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器2的輸入值，加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器2的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相電流斬波限值IMf ；
[0007]依此相電流斬波限值Iref對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器相電流實(shí)施斬波，以此控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的相電流，從而調(diào)節(jié)和平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度；
[0008]若實(shí)際的相電流大于相電流斬波限值IMf，則開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)被關(guān)斷；
[0009]當(dāng)實(shí)際的相電流小于或等于相電流斬波限值IMf時(shí)，則開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)重新開(kāi)通。
[0010]有益效果:由于采用了上述速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的相電流，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度的平滑調(diào)節(jié)，電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，速度響應(yīng)快、超調(diào)小、受負(fù)載影響小，不需要開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電磁力/轉(zhuǎn)矩-位置-電流或相電感-位置-電流數(shù)據(jù)、不需要力/轉(zhuǎn)矩傳感器，能很好的適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組內(nèi)阻、氣隙、負(fù)載擾動(dòng)等參數(shù)的變化，通用性強(qiáng)，適用于各種類型、各種結(jié)構(gòu)、各種相數(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)，效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的三相電流波形。
[0013]圖3是本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0015]如圖1所示，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，采用速度與加速度雙閉環(huán)控制的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器，其控制器由內(nèi)外兩個(gè)控制閉環(huán)構(gòu)成。內(nèi)環(huán)為加速度閉環(huán)，用加速度調(diào)節(jié)器2實(shí)現(xiàn)加速度閉環(huán)控制，外環(huán)為速度閉環(huán)，用速度調(diào)節(jié)器I實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。速度給定值/與實(shí)際速度反饋值V的差值e作為速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器I的輸入，速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器I的輸出為加速度給定值a'加速度給定值a*與實(shí)際加速度反饋值a的差值e2作為加速度閉環(huán)加速度調(diào)節(jié)器2的輸入，加速度閉環(huán)加速度調(diào)節(jié)器2的輸出為相電流斬波限IMf。速度調(diào)節(jié)器I采用PI控制算法、模糊控制算法、滑?？刂扑惴ǖ瓤刂扑惴?，以及多種控制算法的組合，速度調(diào)節(jié)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，以及多種控制算法的組合。功率變換器主開(kāi)關(guān)的開(kāi)通角和關(guān)斷角被固定。依此相電流斬波限IMf對(duì)功率變換器相電流實(shí)施斬波:若實(shí)際的相電流大于相電流斬波限IMf，則功率變換器的主開(kāi)關(guān)被關(guān)斷，若實(shí)際的相電流還是大于相電流斬波限IMf，當(dāng)實(shí)際的相電流小于或等于相電流斬波限值IMf時(shí)，則開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)重新開(kāi)通。否貝U，接通功率變換器的主開(kāi)關(guān)。以此控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的相電流，如圖2所示。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度，使開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)速度平滑上升到預(yù)先設(shè)定的給定值平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的速度曲線，如圖3所示。
[0016]應(yīng)用實(shí)例:針對(duì)一臺(tái)三相單邊型6/4結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)，預(yù)先對(duì)該開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)設(shè)定一個(gè)速度給定值Vit=0.60m/s,將速度給定值V*與開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)實(shí)際速度反饋值V的差值e作為開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器I的輸入值，如圖1所示，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器I的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)加速度給定值a* ;將開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)加速度給定值a*與開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)實(shí)際加速度反饋值a的差值e2作為開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器2的輸入值，加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器2的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)相電流斬波限值IMf=5A ;速度調(diào)節(jié)器I采用PI控制算法、模糊控制算法、滑?？刂扑惴ǖ瓤刂扑惴?，或采用PI+模糊控制算法、PI+滑?？刂扑惴ā⒛：?滑?？刂扑惴ǎ俣日{(diào)節(jié)器2亦可用PI控制算法、模糊控制算法、滑?？刂扑惴ǖ瓤刂扑惴?，或采用PI+模糊控制算法、PI+滑?？刂扑惴?、模糊+滑?？刂扑惴?。依此相電流斬波限值IMf=5A對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)功率變換器相電流實(shí)施斬波，若實(shí)際的開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)功率變換器相電流大于相電流斬波限值IMf=5A，則開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)被關(guān)斷；當(dāng)實(shí)際的開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)功率變換器相電流小于或等于相電流斬波限值Iref時(shí)，則開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)重新開(kāi)通；以此控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的三相電流，如圖2所示；從而調(diào)節(jié)和平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度，使開(kāi)關(guān)磁阻直線電機(jī)速度平滑上升到預(yù)先設(shè)定的給定值Vit=0.60m/s,如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度與加速度雙閉環(huán)控制方法，采用由內(nèi)外兩個(gè)控制閉環(huán)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器，其特征在于:所述的內(nèi)環(huán)為加速度閉環(huán)，加速度閉環(huán)用加速度調(diào)節(jié)器(2)來(lái)實(shí)現(xiàn)加速度閉環(huán)控制，外環(huán)為速度閉環(huán)，速度閉環(huán)用速度調(diào)節(jié)器(I)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制； 預(yù)先對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)定一個(gè)速度給定值將速度給定值/與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際速度反饋值V的差值e作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器(I)的輸入值，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器(I)的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度給定值a* ; 將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度給定值a*與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際加速度反饋值a的差值e2作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器(2)的輸入值，加速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器(2)的輸出值為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相電流斬波限值IMf ; 依此相電流斬波限值IMf對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器相電流實(shí)施斬波，以此控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的相電流，從而調(diào)節(jié)和平滑開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩及速度； 若實(shí)際的相電流大于相電流斬波限值IMf，則開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)被關(guān)斷； 當(dāng)實(shí)際的相電流小于或等于相電流斬波限值IMf時(shí)，則開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)重新開(kāi)通。
【文檔編號(hào)】H02P25/08GK103888045SQ201410104043
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】陳昊, 王千龍 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)