CN112311289B - 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法 - Google Patents

带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112311289B
CN112311289B CN202010964374.0A CN202010964374A CN112311289B CN 112311289 B CN112311289 B CN 112311289B CN 202010964374 A CN202010964374 A CN 202010964374A CN 112311289 B CN112311289 B CN 112311289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
flux linkage
torque
output
err
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010964374.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112311289A (zh
Inventor
孙晓东
汤兴桃
陈龙
蔡英凤
田翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202010964374.0A priority Critical patent/CN112311289B/zh
Publication of CN112311289A publication Critical patent/CN112311289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112311289B publication Critical patent/CN112311289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/28—Stator flux based control
    • H02P21/30—Direct torque control [DTC] or field acceleration method [FAM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H02P25/092—Converters specially adapted for controlling reluctance motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开一种带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，由扩展卡尔曼滤波模块、改进磁链模型、改进转矩模型、滑模速度控制器模块、含有补偿的磁链调节模块、转矩滞环模块、磁链滞环模块、区间判断模块、开关矢量表模块构成，先构造输出是电流估计值
Figure DDA0002681698420000011
转子位置角估计值
Figure DDA0002681698420000012
转子速度估计值
Figure DDA0002681698420000016
的扩展卡尔曼滤波模块，再构造输入均是电流估计值
Figure DDA0002681698420000017
和转子位置角估计值
Figure DDA0002681698420000013
的改进磁链模型和改进转矩模型，给定速度与转子速度估计值
Figure DDA0002681698420000014
作差得到转速偏差ωerr构造输出是参考转矩Tref的滑模速度控制器模块，参考转矩Tref与转矩反馈量
Figure DDA0002681698420000015
作比较得到转矩偏差Terr构造输出是参考磁链ψref的含有补偿的磁链调节模块；本发明减小SRM控制过程中的内存消耗，在调速范围内提升响应性能。

Description

带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法
技术领域
本发明属于开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)控制技术领域，涉及一种开关磁阻电机的直接转矩控制(Direct Torque Control，简称DTC)技术，具体是直接转矩控制器的构造方法。
背景技术
传统的动力源主要包括内燃机、气缸和电机，随着石化能源的逐步减少，以可再生的电能为能源驱动的电机逐步显现出优势。SRM由于其结构简单、启动转矩大、宽的调速范围和能源利用率高得到了广泛应用。由于双凸极结构和磁路饱和特性导致电机的高度非线性，这为SRM的驱动控制带来了巨大的阻碍。目前，为了利用近似的模型将SRM进行解析，采用包括磁链的插值迭代法、仿真模拟法和智能算法等，这些方法对SRM的建模精度有着一定的提升，但也存在着一定的问题：插值迭代法和仿真模拟法的计算速度快，但模型的精度不高，智能算法的模型精度较高，但算法设计过程较为复杂。
SRM虽然具有宽的调速范围，但是由于电机自身的特性决定了一般的控制策略是无法获得全部的调速范围。例如：电流斩波控制(CCC)适用于SRM的低速调速，角度位置控制(APC)适用于SRM的高速调速，电压斩波控制(CVC)具有较宽范围的调速功能，但低速的转矩特性差，而直接转矩控制(DTC)是后续发展得到的新的SRM调速方法，具有很宽的调速范围和转矩脉动的控制表现良好，但是它需要一定程度上依赖非线性磁链模型。为了解决SRM的非线性建模需要提前存储大量的磁链ψ(i,θ)和转矩T(i,θ)表格问题才能将电机的数学模型进行数学解析，而且在实际应用中，参数时变、负载多变和干扰因素多等问题需要设计相关的控制算法来提升***的性能。
中国专利申请号为201910634040.4，名称为“一种基于扩展卡尔曼滤波的无速度传感器BDFIM直接转矩控制方法”的文献中提出的控制方法，用来降低机械位置传感器的失灵和位置安装误差等危害，该方法主要是利用扩展卡尔曼滤波来实现了对转子位置的估计，由于忽略了电机方程和机械方程的建模误差补偿问题，使得转子位置估计并不十分准确。由于在直接转矩控制中，转矩的计算依赖于准确的转子位置信号以及电流信号，因此会导致直接转矩控制的效果不佳，而且其应用的电机范围是永磁同步电机，对于开关磁阻电机的适用性还未知。
发明内容
本发明的目的是针对现有开关磁阻电机直接转矩控制技术存在的问题，提供一种带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器的构造方法，能有效提高DTC控制器的各项指标，特别是利用扩展卡尔曼滤波(KEF)解决电机的严重非线性磁链建模问题，提升控制器的响应性能。
本发明的技术方案是采用如下步骤：
步骤A：建立开关磁阻电机***的电磁学方程和动力学方程，根据电磁学方程和动力学方程以及开关磁阻电机***输出的相电压U、相电流i、转子位置角θ构造扩展卡尔曼滤波模块，扩展卡尔曼滤波模块的输入是相电压U、相电流i和转子位置角θ，输出是电流估计值
Figure BDA0002681698400000021
转子位置角估计值
Figure BDA0002681698400000022
转子速度估计值
Figure BDA0002681698400000023
步骤B：根据扩展卡尔曼滤波模块构造改进磁链模型和改进转矩模型，改进磁链模型和改进转矩模型的输入均是所述的电流估计值
Figure BDA0002681698400000024
和转子位置角估计值
Figure BDA0002681698400000025
改进磁链模型输出的是磁链反馈量
Figure BDA0002681698400000026
改进转矩模型输出的是转矩反馈量
Figure BDA0002681698400000027
步骤C：将速度给定模块输出的给定速度ωref与所述的转子速度估计值
Figure BDA0002681698400000028
作差得到转速偏差ωerr构造滑模速度控制器模块，滑模速度控制器模块输入是转速偏差ωerr，输出是参考转矩Tref；
步骤D：所述的参考转矩Tref与所述的转矩反馈量
Figure BDA0002681698400000029
作比较得到转矩偏差Terr构造含有补偿的磁链调节模块，含有补偿的磁链调节模块的输入是所述的转矩偏差Terr、电流估计值
Figure BDA00026816984000000210
转子位置角估计值
Figure BDA00026816984000000211
和转子速度估计值
Figure BDA00026816984000000212
输出的是参考磁链ψref；
步骤E：根据所述的转矩偏差Terr构造转矩滞环模块，转矩滞环模块输出的是滞环转矩
Figure BDA00026816984000000213
作为开关矢量表模块的第一个输入；所述的参考磁链ψref与所述的磁链反馈量
Figure BDA00026816984000000214
相比较得到磁链偏差ψerr，根据磁链偏差ψerr构造磁链滞环模块，磁链滞环模块输出的滞环磁链
Figure BDA00026816984000000215
作为开关矢量表模块的第二个输入；所述的磁链反馈量
Figure BDA00026816984000000216
输入到区间判断模块中，得到所在的区间Nx作为开关矢量表模块的第三个输入；开关矢量表模块输出开关矢量v以控制开关磁阻电机***。
本发明的有益效果是：
1、本发明可以有效地减小SRM控制过程中的内存消耗，不需要提前存储大量的磁链和转矩表格，有利于开发的算法代码体积更小，具有更强的实际应用性。
2、本发明通过扩展卡尔曼滤波和改进的磁链ψ(i,θ)和转矩T(i,θ)的计算方法，比传统的磁链建模方式具有更高的精度。
3、通过反馈的转子速度来计算需要给定的调节磁链，利用迭代学习算法补偿调节磁链误差，可以在调速范围内提升***的响应性能。
附图说明
图1是本发明所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器的构造框图；
图2是由电源模块11、逻辑与换向模块12、功率变换模块13、开关磁阻电机14，电流电压检测模块15和转子位置检测模块16构成的开关磁阻电机***10；
图3是图1中扩展卡尔曼滤波模块70的构造原理框图；
图4是由存储器模块81、限幅模块82、迭代学习磁链补偿模块83和磁链调节模块84构成的含有补偿的磁链调节模块80的原理框图；
图5是图1中转矩滞环模块41的控制原理图；
图6是图1中磁链滞环模块42的控制原理图；
图7是磁链滞环模块42的磁链调节轨迹图。
具体实施方式
如图1和图2所示，开关磁阻电机***10是由电源模块11、逻辑与换向模块12、功率变换模块13、开关磁阻电机14、电流电压检测模块15和转子位置检测模块16六部分构成。开关磁阻电机***10的输入是开关矢量v，输出是相电压U、相电流i和转子位置角θ。开关矢量v作为逻辑与换向模块12的输入，逻辑与换向模块12依据输入的开关矢量v计算得到各个相的当前导通状态，输出对应的开关信号S，该开关信号输入到功率逆变器模块13，功率逆变器模块13依据指令控制开关磁阻电机14的各相导通状态。电源模块11用于向功率逆变器13提供能量来驱动开关磁阻电机14的动作。电流电压检测模块15用于测量开关磁阻电机14的相电压U和相电流i，作为开关磁阻电机***10的两个输出。转子位置检测模块16通过位置传感器检测电机转子位置角θ，转换为电信号后作为开关磁阻电机***10的第三个输出。
建立图2中开关磁阻电机***10的数学模型，包括电磁学方程以及动力学方程。为了方便后续控制算法的建立，通过严密的数学推导、换算得到如下的电磁学方程以及动力学方程：
Figure BDA0002681698400000031
式(1)中，U,R,i,L,ψ分别是电机的相电压，相电阻，相电流，相电感和相磁链；θ,ω,D,Jsum分别是转子位置角，转子速度，粘性摩擦系数和电机的转动惯量；Te,TL分别是电磁转矩和负载转矩；ξ,
Figure BDA0002681698400000047
分别是电磁学方程和动力学方程计算的误差，通常利用实验测量得到。
从式(1)中选取基本的状态向量x，状态向量x包括了相电流i、转子位置角θ和转子速度ω，将状态向量x改写为如下所示：
x＝[i,θ,ω]T＝[x[1],x[2],x[3]]T (2)
式(2)中，T为矩阵转置。对状态向量x进行求导，并结合式(1)和式(2)可得到状态向量x的一阶导数x′的基本表达式如下式(3)所示：
Figure BDA0002681698400000041
便可以得到了离散化的非线性模型：
xk+1＝f(xk)+H(xk)ξk (4)
式(4)中，f(xk)和H(xk)分别是输出向量值函数和卡尔曼增益矩阵，ξk代表由ξ,
Figure BDA0002681698400000048
组成的误差矩阵，各个矩阵具体为：
Figure BDA0002681698400000042
xk是k时刻的状态向量，(xk-1-xk)h-1k时刻的状态向量x的一阶分量表达式记为(xk-1-xk)h-1，h代表采样时间，且有h>0。
通过式(2)，式(3)和式(4)的推导和整合，最终推出扩展卡尔曼滤波的方程组如式(5)所示：
Figure BDA0002681698400000043
式(5)中，xk+1是k+1时刻的状态向量预测值，
Figure BDA0002681698400000044
代表k时刻状态向量x的预测值，vk+1代表k+1时刻的***状态参数输入矩阵，gk()是构造输出的函数，本发明选取的状态向量输出为
Figure BDA0002681698400000045
Figure BDA0002681698400000046
依次代表电流估计值，转子位置角估计值和转子速度估计值，来增强电机参数的准确性。
如图3所示，通过延迟环节记录k时刻的状态向量xk，并代入输出向量值函数f()得到f(xk)，即为k时刻的状态向量的预测值
Figure BDA0002681698400000051
将预测值
Figure BDA0002681698400000052
代入***向量值函数gk()得到
Figure BDA0002681698400000053
并与***状态参数输入矩阵vk+1做差，差值再经过卡尔曼增益矩阵H(xk)的增益后与
Figure BDA0002681698400000054
进行相加，最终得到k+1时刻的状态向量预测值
Figure BDA0002681698400000055
如此构造图1中用于非线性模型状态量估计的扩展卡尔曼滤波模块70，该扩展卡尔曼滤波模块70的输入是开关磁阻电机***10输出的相电压U、相电流i和转子位置角θ，输出是电流，转子位置角，转子速度的估计值
Figure BDA0002681698400000056
如图1所示，根据扩展卡尔曼滤波模块70构造磁链数学计算的改进磁链模型50，改进磁链模型50的输入是扩展卡尔曼滤波模块70输出的电流估计量
Figure BDA0002681698400000057
和转子位置角估计量
Figure BDA0002681698400000058
输出为计算得到的磁链反馈量
Figure BDA0002681698400000059
建立的磁链模型分为两部分，一部分是指数计算部分，另一部分是建立磁链误差概率模型。基本的数学表达式如式(6)所示：
Figure BDA00026816984000000510
式(6)中，Ψsat为饱和磁链数值，
Figure BDA00026816984000000511
是利用最小二乘法拟合的参数，保留3阶，并记做f3。a、bn和cn是由拟合磁链曲线产生的参数，n代表
Figure BDA00026816984000000512
展开的阶数。Nr和m表示转子极数和电机相数。Γψ是通过磁链的误差数据和统计推断得到的二维概率模型，具体的参数建立是依据电机的参数决定，选取的两个随机变量为转子位置角估计量
Figure BDA00026816984000000513
和相电流估计量
Figure BDA00026816984000000514
根据扩展卡尔曼滤波模块70构造改进转矩模型60，改进转矩模型60的输入为扩展卡尔曼滤波模块70输出的电流估计值
Figure BDA00026816984000000515
和转子位置角估计值
Figure BDA00026816984000000516
输出为计算得到的转矩反馈量
Figure BDA00026816984000000517
结合式(6)中最小二乘法得到的拟合参数f3，并经过数学推导可以得到的SRM转矩反馈量的计算公式，同磁链概率误差建模的过程类似建立二维概率模型，转矩反馈量
Figure BDA00026816984000000518
为：
Figure BDA00026816984000000519
式(7)中，ΓT代表转矩误差的二维概率模型，f3与式(6)中代表的含义相同。
将速度给定模块20输出的给定速度ωref与扩展卡尔曼滤波模块70输出的转子速度估计值
Figure BDA0002681698400000061
作差，得到转速偏差ωerr，该转速偏差ωerr输入到滑模速度控制器模块30，构造滑模速度控制器模块30。滑模速度控制器模块30利用转矩方程建立一种新的趋近律如式(8)所示，输入的是转速偏差ωerr，输出的是参考转矩Tref，这种新的趋近律具有抖动小和响应迅速的特点。
Figure BDA0002681698400000062
式中D、Jsum和s分别代表粘性摩擦系数、电机的转动惯量和切换函数，sign(s)代表符号函数，参数设计有k1,k2>0，α>1,0<β<1,0<γ<2。
扩展卡尔曼滤波模块70输出的电流估计值
Figure BDA0002681698400000063
转子位置角估计值
Figure BDA0002681698400000064
转子速度估计值
Figure BDA0002681698400000065
输入到含有补偿的磁链调节模块80中，滑模速度控制器模块30输出的参考转矩Tref与改进转矩模型60输出的转矩反馈量
Figure BDA0002681698400000066
作比较，得到的转矩偏差Terr输入到含有补偿的磁链调节模块80中，构造含有补偿的磁链调节模块80。含有补偿的磁链调节模块80利用迭代学习算法进行参考磁链的补偿，参考磁链计算的原理如图4所示。含有补偿的磁链调节模块80由存储器模块81、限幅模块82、迭代学习磁链补偿模块83、磁链调节模块84构成。转矩偏差Terr、电流估计值
Figure BDA0002681698400000067
转子位置角估计值
Figure BDA0002681698400000068
输入到迭代学习磁链补偿模块83中，转子速度估计值
Figure BDA0002681698400000069
输入到磁链调节模块84中。迭代学习磁链补偿模块83输出k+1时刻的补偿磁链
Figure BDA00026816984000000610
其计算表达式如式(8)所示：
Figure BDA00026816984000000611
式(8)中，Kp为迭代学习系数，选取的值为1.8。
Figure BDA00026816984000000612
和
Figure BDA00026816984000000613
分别代表k+1时刻和k时刻的补偿磁链。
k+1时刻的补偿磁链
Figure BDA00026816984000000614
分别输入到限幅模块82和存储器模块81中，经存储器模块81反馈给迭代学***方的比值作为ψ′ref。将未补偿参考磁链ψ′ref和限幅模块82输出的限幅磁链ψ′d相加得到参考磁链ψref，作为含有补偿的磁链调节模块80的输出。
转矩偏差Terr输入到转矩滞环模块41中，构造转矩滞环模块41。再参见图5所示的转矩滞环模块41的控制原理图，转矩滞环模块41的迟滞带定义在转矩区间[-ΔT*,ΔT*]内，ΔT*为定义的转矩控制参数。当转矩偏差Terr大于控制参数ΔT*时，转矩滞环模块41输出的滞环转矩
Figure BDA0002681698400000074
为1；当转矩偏差Terr小于-ΔT*时，转矩滞环模块41的输出滞环转矩
Figure BDA0002681698400000075
为0；当转矩偏差Terr在区间[-ΔT*,ΔT*]内时，转矩滞环模块41的输出
Figure BDA0002681698400000076
保持原有值。由于转矩偏差Terr是参考转矩Tref与转矩反馈量
Figure BDA0002681698400000077
的差值，这样就使得电机的转矩反馈量
Figure BDA0002681698400000078
在每个时刻都达到所需的参考转矩Tref，保持恒定从而限制了外界的转矩干扰。
含有补偿的磁链调节模块80输出的参考磁链ψref与改进磁链模型50输出的磁链反馈量
Figure BDA0002681698400000079
相比较，其差值是磁链偏差ψerr，该磁链偏差ψerr输入到磁链滞环模块42中，构造磁链滞环模块42。参见图6所示的磁链滞环模块42的控制原理图，磁链滞环模块42的迟滞带定义在磁链区间[-△ψ*,△ψ*]内，△ψ*为定义的磁链控制参数。当磁链偏差ψerr大于控制参数△ψ*时，磁链滞环模块42输出的滞环磁链
Figure BDA00026816984000000710
为1；当磁链偏差ψerr小于控制参数△ψ*时，磁链滞环模块42的输出滞环磁链
Figure BDA00026816984000000711
为0；当磁链偏差ψerr在区间[-△ψ*,△ψ*]内时，磁链滞环模块42的输出
Figure BDA00026816984000000712
保持原有值。由于磁链偏差ψerr是由参考磁链ψref与磁链反馈量
Figure BDA00026816984000000713
的差值所得，所以这样就使得磁链反馈量
Figure BDA00026816984000000714
在每个时刻都达到所需的参考磁链ψref。
磁链滞环模块42输出的滞环磁链
Figure BDA00026816984000000715
以及转矩滞环模块41输出的滞环转矩
Figure BDA00026816984000000716
均输入到开关矢量选择表模块43中，作为开关矢量选择表模块43的第一、第二个输入。改进磁链模型50输出的磁链反馈量
Figure BDA00026816984000000717
输入到区间判断模块44中，区间判断模块44对磁链值进行判断，得到所在的区域，输出对应的区间Nx，并作为开关矢量表模块43的第三个输入，以此构造开关矢量选择表模块43。开关矢量选择表模块43根据电机的相数构造出对应的开关矢量，以三相电机为例，当电机的相绕组端电压为正向导通时，该相绕组的状态记为1；当相绕组端电压为零时，该相绕组的状态记为0；当相绕组端电压为反向导通时，该相绕组的状态记为-1，如此得到开关矢量v，具体参见表1所示的三相电机的6组有效的开关矢量v：
表1
Figure BDA0002681698400000081
参见图7所示的磁链调节轨迹，图7中VV,VU和VW代表三相绕组的电压空间分布。N1，N2，N3，N4，N5和N6是磁链值分布的区间划分，将转矩滞环模块41、磁链滞环模块42、开关矢量选择表模块43和输出的
Figure BDA0002681698400000082
和
Figure BDA0002681698400000083
作为第一，二个输入。通过磁链值分布的区间Nx判定出当前的电机电压矢量Vx，然后通过
Figure BDA0002681698400000084
和
Figure BDA0002681698400000085
的大小，以表2的开关矢量选择表为选取准则得到下一时刻所需的控制开关矢量v，作为开关矢量表模块43的输出，使得电机的磁链
Figure BDA0002681698400000086
能够按照如图7所示的轨迹运动，整体的运动轨迹近似于圆形。
表2
Figure BDA0002681698400000087
如图1所示，将控制开关矢量v输入到开关磁阻电机***10中，实现对开关磁阻电机的有效控制。由扩展卡尔曼滤波模块70、改进磁链模型50、改进转矩模型60、滑模速度控制器模块30、含有补偿的磁链调节模块80、转矩滞环模块41、磁链滞环模块42、区间判断模块44、开关矢量表模块43构成了本发明的变磁链直接转矩控制器，实现对开关磁阻电机的快响应、抗干扰能力强和低转矩脉动的高性能控制。变磁链直接转矩控制器工作时，首先通过扩展卡尔曼滤波70来提升转子位置、电流和转子速度的精度，以此提升对电机参数反馈的准确性，再通过含有误差补偿的改进转矩模型60和改进磁链模型50，利用迭代算法对调节磁链进行补偿的含有补偿的磁链调节模块80，并在速度环节设计了具有抖动小和响应迅速的速度滑模控制器，使得电机在调速范围内的***响应性能得到提升，缩短调节时间和降低***的稳态误差。在整个控制过程中，依据电机的应用场合的不同，选择适当的相关参数的大小，磁链与转矩的计算是通过数学解析式完成，相较于传统的查表法磁链建模方式，不需要提前存储大量的磁链表格和转矩表格等，减小了控制过程的内存消耗，对于一般磁链拟合方法，包括迭代最小二乘法和指数模型，由于SRM磁链存在严重的非线性，本发明通过建立带有补偿模型的建模方法，使其具有更高的精度。
根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和原则之内的情况下做出的参数修改和同等替换等，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是包括以下步骤：
步骤A：建立开关磁阻电机***的电磁学方程和动力学方程，根据电磁学方程和动力学方程以及开关磁阻电机***输出的相电压U、相电流i、转子位置角θ构造扩展卡尔曼滤波模块(70)，扩展卡尔曼滤波模块(70)的输入是相电压U、相电流i和转子位置角θ，输出是电流估计值
Figure FDA0003464095390000011
转子位置角估计值
Figure FDA0003464095390000012
转子速度估计值
Figure FDA0003464095390000013
步骤B：根据扩展卡尔曼滤波模块(70)构造改进磁链模型(50)和改进转矩模型(60)，改进磁链模型(50)和改进转矩模型(60)的输入均是所述的电流估计值
Figure FDA0003464095390000014
和转子位置角估计值
Figure FDA0003464095390000015
改进磁链模型(50)输出的是磁链反馈量
Figure FDA0003464095390000016
改进转矩模型(60)输出的是转矩反馈量
Figure FDA0003464095390000017
步骤C：将速度给定模块输出的给定速度ωref与所述的转子速度估计值
Figure FDA0003464095390000018
作差得到转速偏差ωerr构造滑模速度控制器模块(30)，滑模速度控制器模块(30)输入是转速偏差ωerr，输出是参考转矩Tref；
步骤D：所述的参考转矩Tref与所述的转矩反馈量
Figure FDA0003464095390000019
作比较得到转矩偏差Terr构造含有补偿的磁链调节模块(80)，含有补偿的磁链调节模块(80)的输入是所述的转矩偏差Terr、电流估计值
Figure FDA00034640953900000110
转子位置角估计值
Figure FDA00034640953900000111
和转子速度估计值
Figure FDA00034640953900000112
输出的是参考磁链ψref；
步骤E：根据所述的转矩偏差Terr构造转矩滞环模块(41)，转矩滞环模块(41)输出的是滞环转矩
Figure FDA00034640953900000113
作为开关矢量表模块(43)的第一个输入；所述的参考磁链ψref与所述的磁链反馈量
Figure FDA00034640953900000114
相比较得到磁链偏差ψerr，根据磁链偏差ψerr构造磁链滞环模块(42)，磁链滞环模块(42)输出的滞环磁链
Figure FDA00034640953900000115
作为开关矢量表模块(43)的第二个输入；所述的磁链反馈量
Figure FDA00034640953900000116
输入到区间判断模块(44)中，得到所在的区间Nx作为开关矢量表模块(43)的第三个输入；开关矢量表模块(43)输出开关矢量v以控制开关磁阻电机***。
2.根据权利要求1所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：步骤A中，所述的开关磁阻电机***由电源模块(11)、逻辑与换向模块(12)、功率变换模块(13)、开关磁阻电机(14)、电流电压检测模块(15)和转子位置检测模块(16)构成，开关矢量v作为逻辑与换向模块(12)的输入，逻辑与换向模块(12)输出对应的开关信号，该开关信号输入到功率逆变器模块(13)，功率逆变器模块(13)依据指令控制开关磁阻电机(14)的各相导通状态，电流电压检测模块(15)测量开关磁阻电机(14)的相电压U和相电流i，转子位置检测模块(16)检测转子位置角θ。
3.根据权利要求1所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：步骤A中，由式
Figure FDA0003464095390000021
得到扩展卡尔曼滤波模块(70)的输出
Figure FDA0003464095390000022
Figure FDA0003464095390000023
是k时刻状态向量x＝[i,θ,ω]T＝[x[1],x[2],x[3]]T的预测值，vk+1是k+1时刻的状态参数输入矩阵，gk()是构造输出的函数，
Figure FDA0003464095390000024
h代表采样时间，x′是x的一阶导数，xk是k时刻的状态向量，x′k是k时刻的状态向量xk的一阶导数。
4.根据权利要求3所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：
步骤B中，由式
Figure FDA0003464095390000025
得到改进磁链模型(50)输出的磁链反馈量
Figure FDA0003464095390000026
由式
Figure FDA0003464095390000027
得到改进转矩模型(60)输出的转矩反馈量
Figure FDA0003464095390000028
Ψsat为饱和磁链数值，
Figure FDA0003464095390000029
是利用最小二乘法拟合的参数，保留3阶，记做f3，a、bn和cn是由拟合磁链曲线产生的参数，n是表
Figure FDA00034640953900000210
展开的阶数，Nr和m是转子极数和电机相数，Γψ是通过磁链的误差数据和统计推断得到的二维概率模型，ΓT代表转矩误差的二维概率模型。
5.根据权利要求4所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：步骤C中，由式
Figure FDA00034640953900000211
得到滑模速度控制器模块(30)输出的参考转矩Tref，D、Jsum和s分别是粘性摩擦系数、电机的转动惯量和切换函数，sign(s)是符号函数，参数k1,k2>0，α＞1,0＜β＜1,0＜γ＜2。
6.根据权利要求5所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：步骤D中，含有补偿的磁链调节模块(80)由存储器模块(81)、限幅模块(82)、迭代学习磁链补偿模块(83)、磁链调节模块(84)构成；转矩偏差Terr、电流估计值
Figure FDA0003464095390000031
转子位置角估计值
Figure FDA0003464095390000032
输入到迭代学习磁链补偿模块(83)中，转子速度估计值
Figure FDA0003464095390000033
输入到磁链调节模块(84)，迭代学习磁链补偿模块(83)输出k+1时刻的补偿磁链
Figure FDA0003464095390000034
计算表达式为：
Figure FDA0003464095390000035
Figure FDA0003464095390000036
为k时刻的补偿磁链，Kp为迭代学习系数，k+1时刻的补偿磁链
Figure FDA0003464095390000037
分别输入到限幅模块(82)和存储器模块(81)中经存储器模块(81)反馈给迭代学习磁链补偿模块(83)，限幅模块(82)输出限幅磁链ψ′d；磁链调节模块(84)的输出是对应的未补偿参考磁链ψ′ref；将未补偿参考磁链ψ′ref和限幅磁链ψ′d相加得到参考磁链ψref。
7.根据权利要求6所述的带有扩展卡尔曼滤波的SRM变磁链直接转矩控制器构造方法，其特征是：步骤E中，转矩滞环模块(41)的迟滞带定义在转矩区间[-ΔT*,ΔT*]内，当转矩偏差Terr大于控制参数ΔT*时，滞环转矩
Figure FDA0003464095390000038
为1，当Terr小于-ΔT*时，
Figure FDA0003464095390000039
为0；当Terr在区间[-ΔT*,ΔT*]内时，
Figure FDA00034640953900000310
保持原有值；磁链滞环模块(42)的迟滞带定义在磁链区间[-Δψ*,Δψ*]内，当磁链偏差ψerr大于控制参数Δψ*时，滞环磁链
Figure FDA00034640953900000311
为1，当ψ err 小于-Δψ*时，
Figure FDA00034640953900000312
为0；当ψerr在区间[-Δψ*,Δψ*]内时，
Figure FDA00034640953900000313
保持原有值。
CN202010964374.0A 2020-09-15 2020-09-15 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法 Active CN112311289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010964374.0A CN112311289B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010964374.0A CN112311289B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112311289A CN112311289A (zh) 2021-02-02
CN112311289B true CN112311289B (zh) 2022-03-22

Family

ID=74483859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010964374.0A Active CN112311289B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112311289B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114679103B (zh) * 2022-05-30 2022-12-06 广东工业大学 一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法
CN116248003B (zh) * 2023-05-06 2023-07-28 四川省产品质量监督检验检测院 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102611381A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 浙江工业大学 永磁同步电机直接转矩控制***
CN107659232A (zh) * 2017-10-28 2018-02-02 安徽工程大学 永磁同步电机的转矩脉动抑制***及方法
CN109742999A (zh) * 2019-01-17 2019-05-10 桂林电子科技大学 一种动态神经网络自适应逆的srm转矩控制方法与***
CN110350838A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 安徽工业大学 一种基于扩展卡尔曼滤波的无速度传感器bdfim直接转矩控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101827000B1 (ko) * 2012-06-12 2018-02-07 현대자동차주식회사 영구자석 동기모터 제어 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102611381A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 浙江工业大学 永磁同步电机直接转矩控制***
CN107659232A (zh) * 2017-10-28 2018-02-02 安徽工程大学 永磁同步电机的转矩脉动抑制***及方法
CN109742999A (zh) * 2019-01-17 2019-05-10 桂林电子科技大学 一种动态神经网络自适应逆的srm转矩控制方法与***
CN110350838A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 安徽工业大学 一种基于扩展卡尔曼滤波的无速度传感器bdfim直接转矩控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
磁链与电流自适应补偿的开关磁阻电机TSF的抑制转矩脉动控制;党选举 等;《微电机》;20160229;第49卷(第02期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112311289A (zh) 2021-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111555680B (zh) 一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法
CN107154763B (zh) 永磁同步电机无差拍直接转矩控制***及控制方法
CN112311289B (zh) 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法
CN112422004B (zh) 一种永磁同步电机弱磁控制模式下的扰动抑制方法
CN106788045B (zh) 一种永磁同步电机模型预测pi动态权重并行控制方法
Reddy et al. Efficiency improvement and torque ripple minimisation of four‐phase switched reluctance motor drive using new direct torque control strategy
CN102790575B (zh) 基于电流预测的永磁同步电机控制方法及***
CN103312253A (zh) 基于定子参考磁链优化模型的转矩预测控制式电驱动方法
CN109347390B (zh) 基于模型预测磁链控制的矢量双选取转矩脉动抑制方法
CN113067515B (zh) 一种计及占空比约束的永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法
CN112886901B (zh) 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器
CN112422014B (zh) 基于高阶滑模补偿的永磁同步电机转速预测方法
CN111987943B (zh) 一种永磁同步电机模型预测控制的鲁棒性能提升方法
CN112865646A (zh) 一种永磁同步电机单电流传感器无差拍预测控制方法
Sun et al. Optimized-sector-based model predictive torque control with sliding mode controller for switched reluctance motor
Li et al. Comparison of dynamic characteristics of field oriented control and model predictive control for permanent magnet synchronous motor
CN110601631A (zh) 一种基于占空比调制的磁通切换型永磁直线电机直接推力控制方法
Xia et al. Direct self‐control strategy for brushless DC motor with reduced torque ripple<? show [AQ ID= Q1]?>
CN110096077B (zh) 开关磁阻电机非奇异快速终端滑模转速控制方法及***
CN111478632A (zh) 一种提高永磁同步电机参数鲁棒性的无观测器控制方法
WO2023147088A1 (en) Motor control using piecewise affine model
CN108649852B (zh) 一种改进电流环的永磁同步电机控制方法
Tarvirdilu-Asl et al. Finite control set model predictive control for switched reluctance motor drives with reduced torque tracking error
CN113285634B (zh) 基于多步零延迟模型预测的永磁同步电机高速弱磁控制方法及***
CN114123904B (zh) 适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant