CN114679103A - 一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法 - Google Patents

一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法，该***包括：PID速度控制器、前馈计算模块、滑模电流补偿模块、电流分配模块、电流滞环模块、不对称半桥驱动电路、开关磁阻电机、编码器、转矩计算模块和转速计算模块。本发明通过PID速度控制器对转速误差信号进行微分计算处理和通过滑模电流补偿模块对开关磁阻电机的输入电流进行补偿，能够在开关磁阻电机提高负载的过程中有效抑制开关磁阻电机的换相转矩脉动。本发明作为一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法，可广泛应用于开关磁阻电机调速控制技术领域。

Description

一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机调速控制技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法。
背景技术
开关磁阻电机（SRM）的结构特点是转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，构成一相，具有结构简单，驱动电路可靠性高，启动转矩大，特别适合频繁启停的应用场合，并有望成为下一代新能源汽车的动力源首选，但是开关磁阻电机的双凸极结构造成了其相电感的严重非线性特性，使得其在工作时转矩脉动较为严重，限制了其在高性能需求场合的应用，在降低转矩脉动的控制方法中，根据是否直接控制转矩可分为直接转矩控制和电流控制方法，直接转矩控制方法参照异步电机的解耦控制方式，但是不能从根本上解决换相过程中的转矩脉动较大的情况，对于传统的转矩分配方法使用双闭环控制结构，外环为速度环，内环为电流环，然而双闭环的控制方法在抑制转矩脉动方面的控制性能又非常的有限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***及方法，能够在开关磁阻电机提高负载的过程中有效抑制开关磁阻电机的换相转矩脉动。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：
一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，包括PID速度控制器、前馈计算模块、滑模电流补偿模块、电流分配模块、电流滞环模块、不对称半桥驱动电路、开关磁阻电机、编码器、转矩计算模块和转速计算模块，所述PID速度控制器的输入端与转速计算模块的输出端连接，所述PID速度控制器的输出端与前馈计算模块的输入端和滑模电流补偿模块的输入端连接，所述前馈计算模块的输出端与电流分配模块的输入端连接，所述滑模电流补偿模块的输入端与转矩计算模块的输出端连接，所述滑模电流补偿模块的输出端与电流分配模块的输入端连接，所述电流分配模块的输出端与电流滞环模块的输入端连接，所述电流滞环模块的输出端与不对称半桥驱动电路的输入端连接，所述不对称半桥驱动电路的输出端与开关磁阻电机的输入端和转矩计算模块的输入端连接，所述开关磁阻电机的输出端与编码器的输出端连接，所述编码器的输出端与电流分配模块的输入端、转矩计算模块的输入端和转速计算模块的输入端连接，其中：
所述PID速度控制器用于对转速误差及其变化率进行调节处理并输出参考转矩值；
所述前馈计算模块用于通过线性转矩电流变换公式将参考转矩值变换为线性参考电流；
所述滑模电流补偿模块用于对参考转矩值、反馈实际转矩值和转矩差值进行调节处理并输出补偿电流；
所述电流分配模块用于将总电流进行分配并输入至各相，得到参考相电流，所述总电流为线性参考电流和补偿电流之和；
所述电流滞环模块用于对参考相电流与反馈相电流进行比较并计算出不对称半桥驱动电路的驱动信号；
所述不对称半桥驱动电路用于给各相绕组施加电压或断开各相绕组的电压来控制开关磁阻电机工作；
所述编码器用于检测开关磁阻电机转子的位置，即转子位置角；
所述转矩计算模块用于根据开关磁阻电机转子的位置和反馈相电流，进行查表得到反馈实际转矩值，并对实际转矩值进行作差处理，输出转矩差值；
所述转速计算模块用于根据开关磁阻电机转子的位置进行计算，得到电机的实时转速。
进一步，所述PID速度控制器的微分系数为0。
进一步，所述PID速度控制器的PID算法具体如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
上式中，
Figure 731365DEST_PATH_IMAGE002
表示PID控制输出变量，
Figure 914085DEST_PATH_IMAGE003
表示比例系数，
Figure 959401DEST_PATH_IMAGE004
表示积分系数，
Figure 620190DEST_PATH_IMAGE005
表示微分系数，
Figure 841087DEST_PATH_IMAGE006
表示给定转速与实时转速的差值，
Figure 929129DEST_PATH_IMAGE007
表示当前时刻，
Figure 461741DEST_PATH_IMAGE009
表示上一时刻。
进一步，所述前馈计算模块的线性转矩电流变换公式具体如下所示：
Figure 660641DEST_PATH_IMAGE010
上式中，
Figure 719733DEST_PATH_IMAGE011
表示反馈实际转矩值，
Figure 978676DEST_PATH_IMAGE012
表示电感偏导值，
Figure 998585DEST_PATH_IMAGE013
表示线性参考电流。
进一步，所述滑模电流补偿模块的输出补偿电流的计算公式式如下所示：
Figure 142121DEST_PATH_IMAGE014
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示滑模补偿电流，
Figure 462244DEST_PATH_IMAGE016
表示比例因子，
Figure 282301DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 55085DEST_PATH_IMAGE018
表示一个正实数，
Figure 595788DEST_PATH_IMAGE019
表示符号函数，
Figure 380204DEST_PATH_IMAGE020
表示滑模电流补偿模块的滑模面。
进一步，选取的滑模面具体公式表述如下：
Figure 980950DEST_PATH_IMAGE021
上式中，
Figure 975451DEST_PATH_IMAGE006
表示转矩偏差，
Figure 54265DEST_PATH_IMAGE022
表示转矩偏差对电流
Figure 817822DEST_PATH_IMAGE015
的导数。
进一步，所述电流滞环模块的具体工作步骤还包括：
对参考相电流与反馈相电流进行比较，得到相电流差值的变化率；
通过限幅计算对相电流差值的变化率进行计算，得到驱动信号；
将驱动信号输入至不对称半桥驱动电路；
根据驱动信号确定不对称半桥驱动电路的工作状态。
进一步，还包括外部电源，所述不对称半桥驱动电路通过外部电源的电压大小控制相电流的大小，并通过给开关磁阻电机的各相绕组施加电压或断开电压来控制开关磁阻电机工作。
同时，本发明还提供一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制方法，具体包括以下步骤：
S1、对转速误差信号进行PID调节处理，得到参考转矩值；
S2、对参考转矩值进行分流处理，得到第一参考转矩值和第二参考转矩值；
S3、通过线性转矩电流变换公式对第一参考转矩值进行变换处理，得到线性参考电流；
S4、对第二参考转矩值进行查表处理和作差处理，得到转矩差值；
S5、结合参考转矩值、实际转矩值和转矩差值进行调节处理，输出补偿电流；
S6、对总电流进行分配处理，得到参考相电流，所述总电流包括线性参考电流和补偿电流；
S7、对参考相电流与反馈相电流进行比较计算，输出驱动信号控制开关磁阻电机的工作状态；
S8、根据开关磁阻电机的工作状态得到转子位置角并结合反馈相电流进行查表，得到反馈实际转矩值；
S9、对转子位置角进行计算处理，得到电机的实时转速。
本发明方法及其器件的有益效果是：本发明通过在闭环控制下，通过PID速度控制器对转速误差信号的速度环节进行比例积分计算以得到参考转矩值，通过滑模电流补偿模块，能更好的根据转矩误差调整补偿开关磁阻电机的输入电流，抑制电机的转矩脉动，通过电流滞环模块对相电流的差值变化率进行判断，考虑了开关磁阻电机在***控制中存在的电流滞后性，能够在开关磁阻电机提高负载的过程中有效抑制开关磁阻电机的换相转矩脉动。
附图说明
图1是本发明一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***的流程示意图；
图2是本发明一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制方法的步骤流程图；
图3是使用常规的比例微分PD电流补偿方法的流程示意图；
图4是本发明开关磁阻电机的不对称半桥驱动电路的示意图；
图5是开关磁阻电机负载转矩1Nm时，PD补偿方法和本发明滑模补偿方法的输出转矩脉动的对比示意图；
图6是开关磁阻电机负载转矩3Nm时，PD补偿方法和本发明滑模补偿方法的输出转矩脉动的对比示意图；
图7是开关磁阻电机负载转矩5Nm时，PD补偿方法和本发明滑模补偿方法的输出转矩脉动的对比示意图。
附图标记：1、PID速度控制器；2、前馈计算模块；3、滑模电流补偿模块；4、电流分配模块；5、电流滞环模块；6、不对称半桥驱动电路；7、开关磁阻电机；8、编码器；9、转矩计算模块；10、转速计算模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参照图1，本发明提供了一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，包括PID速度控制器1、前馈计算模块2、滑模电流补偿模块3、电流分配模块4、电流滞环模块5、不对称半桥驱动电路6、开关磁阻电机7、编码器8、转矩计算模块9和转速计算模块10，所述PID速度控制器1的输入端与转速计算模块10的输出端连接，所述PID速度控制器1的输出端与前馈计算模块2的输入端和滑模电流补偿模块3的输入端连接，所述前馈计算模块2的输出端与电流分配模块4的输入端连接，所述滑模电流补偿模块3的输入端与转矩计算模块9的输出端连接，所述滑模电流补偿模块3的输出端与电流分配模块4的输入端连接，所述电流分配模块4的输出端与电流滞环模块5的输入端连接，所述电流滞环模块5的输出端与不对称半桥驱动电路6的输入端连接，所述不对称半桥驱动电路6的输出端与开关磁阻电机7的输入端和转矩计算模块9的输入端连接，所述开关磁阻电机7的输出端与编码器8的输出端连接，所述编码器8的输出端与电流分配模块4的输入端、转矩计算模块9的输入端和转速计算模块10的输入端连接。
PID速度控制器1用于对转速误差及其变化率进行调节处理并输出参考转矩值，其中，所述PID速度控制器1的PID算法具体如下所示：
Figure 979682DEST_PATH_IMAGE001
上式中，
Figure 195900DEST_PATH_IMAGE002
表示PID控制输出变量，
Figure 609563DEST_PATH_IMAGE003
表示比例系数，
Figure 102993DEST_PATH_IMAGE004
表示积分系数，
Figure 311120DEST_PATH_IMAGE005
表示微分系数，
Figure 14634DEST_PATH_IMAGE006
表示给定转速与实时转速的差值，
Figure 700830DEST_PATH_IMAGE007
表示当前时刻，
Figure 173400DEST_PATH_IMAGE024
表示上一时刻；
所述PID速度控制器1只包含比例环节和积分环节，PID速度控制器1的微分系数为0，即为比例微分控制，属于无模型控制方法。
前馈计算模块2用于通过线性转矩电流变换公式将参考转矩值变换为线性参考电流，其中，前馈计算模块2的线性转矩电流变换公式具体如下所示：
Figure 677062DEST_PATH_IMAGE010
上式中，
Figure 133452DEST_PATH_IMAGE011
表示反馈实际转矩值，
Figure 764284DEST_PATH_IMAGE012
表示电感偏导值且其取值范围为0.05到0.2，
Figure 91360DEST_PATH_IMAGE013
表示线性参考电流；
参考图3，电感偏导的线性化取值范围能较好的描述电感偏导的值，误差部分由滑模电流补偿模块或比例微分PD电流补偿器进行补偿，相较于比例微分PD电流补偿器，滑模电流补偿模块的补偿速度更快，能更好的根据转矩误差调整补偿电流，因此抑制转矩脉动的效果更好；
进一步根据转矩生成公式对电感偏导值进行线性化处理，输出线性参考电流，所述转矩生成公式具体如下所示：
Figure 641290DEST_PATH_IMAGE025
上式中，
Figure 709609DEST_PATH_IMAGE026
表示线性参考电流的平方值；
即
Figure 3187DEST_PATH_IMAGE027
，于是有
Figure 450349DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 905601DEST_PATH_IMAGE029
。
滑模电流补偿模块3用于对参考转矩值、反馈实际转矩值和转矩差值进行调节处理并输出补偿电流，其中，设计滑模面的公式如下所示：
Figure 946370DEST_PATH_IMAGE021
上式中，
Figure 778059DEST_PATH_IMAGE006
表示转矩偏差，即参考转矩值与反馈实际转矩值的差值，
Figure 345307DEST_PATH_IMAGE022
表示转矩偏差对电流
Figure 971460DEST_PATH_IMAGE015
的导数，即
Figure 748792DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure 384173DEST_PATH_IMAGE015
；
进一步对反馈实际转矩值与参考转矩值进行作差处理，得到转矩差值，其计算公式如下所示：
Figure 540348DEST_PATH_IMAGE030
上式中，
Figure 602982DEST_PATH_IMAGE031
表示参考转矩值，
Figure 352763DEST_PATH_IMAGE011
表示反馈实际转矩值；
进一步选取滑模趋近律为
Figure 526256DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 802516DEST_PATH_IMAGE033
为符号函数，其具体表达式如下所示：
Figure 36051DEST_PATH_IMAGE034
并根据符号函数设定滑模稳定性判据，具体如下所示：
Figure 397763DEST_PATH_IMAGE035
当
Figure 109367DEST_PATH_IMAGE036
时，有-
Figure DEST_PATH_IMAGE037
>0，于是
Figure 901785DEST_PATH_IMAGE038
<0；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE039
时，有-
Figure 306222DEST_PATH_IMAGE037
<0，于是
Figure 30595DEST_PATH_IMAGE038
<0；
当
Figure 545890DEST_PATH_IMAGE040
时，有-
Figure 796743DEST_PATH_IMAGE037
=0，于是
Figure 106502DEST_PATH_IMAGE038
=0；
所以为了滑模控制稳定性得以保证，即存在
Figure 442805DEST_PATH_IMAGE041
Figure 886425DEST_PATH_IMAGE042
Figure 726205DEST_PATH_IMAGE043
所以，滑模电流补偿模块3的输出补偿电流表达式如下所示：
Figure 472444DEST_PATH_IMAGE014
上式中，
Figure 30464DEST_PATH_IMAGE015
表示补偿电流，
Figure 153141DEST_PATH_IMAGE016
表示比例因子，
Figure 988373DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 639934DEST_PATH_IMAGE018
表示一个正实数，
Figure 950830DEST_PATH_IMAGE019
表示符号函数，
Figure 611618DEST_PATH_IMAGE020
表示滑模电流补偿模块3的滑模面；
比例因子
Figure 425991DEST_PATH_IMAGE016
用于调整补偿电流比例，等速趋近因子用于调整
Figure 514032DEST_PATH_IMAGE020
接近于零时的趋近时间，指数趋近因子用于缩小达到切换面的时间，前馈控制器输出与滑模电流补偿模块输出进行求和，求和结果送到电流分配器。
电流分配模块4用于将总电流进行分配并输入至各相，其中，总电流用于提供开关磁阻电机7的工作电流。
电流滞环模块5用于对参考相电流与反馈相电流进行比较并计算出不对称半桥驱动电路6的驱动信号，其中，将参考相电流与反馈相电流进行比较并求取相电流差值的变化率，经限幅计算和相电流差值变化率得到“+1”、“0”和“-1”的驱动信号，根据开关磁阻电机7转子位置角判断开关磁阻电机7各相绕组工作在单相导通区域还是换相导通区域并采集ABC三相的相电流差值IAe、IBe和ICe，确定出不对称半桥驱动电路6的“+1”、“0”、“-1”的开关状态，通过控制每相绕组的电压，进而控制开关磁阻电机7的输出转矩，开关信号“+1”表示上下开关管同时导通；“0”表示只有一个开关管导通；“-1”表示上下开关管同时关断；
进一步，当开关磁阻电机7各相绕组工作在A相单相导通区域时，当A相电流误差IAe大于滞环上限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“1”，此时A相绕组相电流过小，维持正向励磁状态；当相电流误差IAe小于滞环下限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“-1”，此时相绕组相电流过大，需要反向关断；当相电流误差IAe大于滞环下限且小于滞环上限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“0”，此时相绕组相电流未低于下限也未超过上限，维持续流状态；A相单相导通时，其他两相处于反向关断状态；
当开关磁阻电机7各相绕组工作在以A相换B相期间时，C相维持反相关断状态，对于即将关断相A相而言，当A相电流误差IAe大于滞环上限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“1”，此时A相绕组相电流过小，维持正向励磁状态；当相电流误差IAe小于滞环下限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“-1”，此时相绕组相电流过大，需要反向关断；当相电流误差IAe大于滞环下限且小于滞环上限时，A相绕组功率变换器的开关状态为“0”，此时相绕组相电流未低于下限也未超过上限，维持续流状态；
对于开始导通相B相而言，当B相电流误差IBe大于滞环上限时，B相绕组功率变换器的开关状态为“1”，此时B相绕组相电流过小，维持正向励磁状态；当相电流误差IBe小于滞环下限时，B相绕组功率变换器的开关状态为“-1”，此时相绕组相电流过大，需要反向关断；当相电流误差IBe大于滞环下限且小于滞环上限时，B相绕组功率变换器的开关状态为“0”，此时相绕组相电流未低于下限也未超过上限，维持续流状态。
参考图4，不对称半桥驱动电路6包含有三相，分别为ABC相，每一相包含有两个功率管和续流二极管；以A相为例，给定“+1”的驱动信号时，功率管VT1和VT2均导通，此时A相绕组功率变换器的开关状态为“1”，给定“0”的驱动信号时，功率管VT1关断，功率管VT2导通，处于续流状态，此时A相绕组功率变换器的开关状态为“0”，给定“-1”的驱动信号时，功率管VT1和VT2均关断，此时A相绕组功率变换器的开关状态为“-1”，不对称半桥驱动电路6用于给各相绕组施加电压或断开各相绕组的电压来控制开关磁阻电机7工作，其中，所述不对称半桥驱动电路6的输入端还与外部电源连接，通过外部电源的电压大小控制相电流的大小，并通过给开关磁阻电机7的各相绕组施加电压或断开电压来控制开关磁阻电机7工作；不对称半桥驱动电路6中，电路中开关元件的额定电压都为Us ，通过调节外部电源的电压大小来改变相电流大小；由拓扑结构中绕组的连接方式知，当各绕组工作时，绕组之间不会相互干扰；每个绕组上都具有三种电压模式，第一种为正压励磁模式即上下桥臂的开关元件同时导通，绕组上的压降为正方向的电源电压Us；第二种为零压续流模式即只有一个桥臂上的开关元件导通，构成续流回路；第三种是反压退磁模式即上下桥臂中的开关元件同时关断，绕组上的压降变为负方向的电源电压。
编码器8，安装于电机端部，电机旋转时产生编码计数信号，通过计数值的增减计算或清零得到开关磁阻电机转子的位置，即转子位置角。
转矩计算模块9用于根据开关磁阻电机7的转子位置角和相电流，进行查表得到反馈实际转矩值。
转速计算模块10用于根据开关磁阻电机7的转子位置角进行计算，得到电机的实时转速，电机转速等于单位时间内转子位置角的增加量除以编码器旋转一圈的计数值，所得结果再除以该单位时间值得到。
同时，本发明还提供一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制方法，具体包括以下步骤：
S1、对转速误差信号进行PID调节处理，得到参考转矩值；
S2、对参考转矩值进行分流处理，得到第一参考转矩值和第二参考转矩值；
S3、通过线性转矩电流变换公式对第一参考转矩值进行变换处理，得到线性参考电流；
S4、对第二参考转矩值进行查表处理和作差处理，得到转矩差值；
S5、结合参考转矩值、实际转矩值和转矩差值进行调节处理，输出补偿电流；
S6、对总电流进行分配处理，得到参考相电流，所述总电流包括线性参考电流和补偿电流；
S7、对参考相电流与反馈相电流进行比较计算，输出驱动信号控制开关磁阻电机的工作状态；
S8、根据开关磁阻电机的工作状态得到转子位置角并结合反馈相电流进行查表，得到反馈实际转矩值；
S9、对转子位置角进行计算处理，得到电机的实时转速。
具体地，参照图2，转速误差信号通过PID速度控制器1得到给定参考转矩值，该参考转矩值分为两路，一路经过前馈计算模块2得到线性参考电流
Figure 171279DEST_PATH_IMAGE013
，另一路通过编码器8和转矩计算模块9进行查表得到的实时转矩进行并在转矩计算模块9进行作差运算，得到转矩差值，结合参考转矩值、反馈实际转矩值和转矩差值一起连接到滑模电流补偿模块3，得到补偿电流
Figure 635758DEST_PATH_IMAGE015
，将
Figure 39057DEST_PATH_IMAGE013
与
Figure 563580DEST_PATH_IMAGE015
求和后送入电流分配模块4，分配后的电流与实际检测到的电流一起送入电流滞环模块5，电流滞环模块5的输出连接到不对称半桥驱动电路6，不对称半桥驱动电路6连接到开关磁阻电机7，不对称半桥驱动电路6带有电流检测功能，输出反馈相电流，开关磁阻电机7的运行状态经编码器8得到转子位置角，得到的反馈相电流、转子位置角通过转矩表查表的方式得到反馈的实际转矩，转速计算模块10将转子位置角变换为电机的实时转速，转速控制环构成了控制外环，电流控制环构成了控制内环。
本发明的仿真实验过程如下所示：
基于Matlab/Simulink平台上进行仿真实验，开关磁阻电机各项参数为：定子极数为12，转子极数为8，直流母线电压为60V，转动惯量为
Figure 583488DEST_PATH_IMAGE044
，摩擦系数为
Figure 461446DEST_PATH_IMAGE045
，转速设定为
Figure 984831DEST_PATH_IMAGE046
，设置仿真时间为0.2s，在0.15s时从PD补偿切换到滑模补偿方法，由于本方法只改进电流补偿内环，不会影响转速控制效果，仿真结果保留最后的0.1s图形，切换时存在一定抖动，因为切换控制方法需要时间让***自行稳定下来，转矩脉动的计算方法为
Figure 680254DEST_PATH_IMAGE047
，其中，
Figure 921880DEST_PATH_IMAGE048
表示转矩脉动，
Figure 728162DEST_PATH_IMAGE049
表示测量中的最大转矩值，
Figure 371633DEST_PATH_IMAGE050
为测量中的最小转矩值，
Figure 97012DEST_PATH_IMAGE051
为测量中的平均转矩值；
参照图5所示为开关磁阻电机负载转矩1Nm时，PD补偿的转矩脉动为 14.1%，而使用本发明滑模补偿的方法，转矩脉动为9.3%；
参照图6所示为开关磁阻电机负载转矩3Nm时，PD补偿的转矩脉动为 12.3%，而使用本发明滑模补偿的方法，转矩脉动为3.6%；
参照图7所示为开关磁阻电机负载转矩5Nm时，PD补偿的转矩脉动为12.1%，而使用本发明滑模补偿的方法，转矩脉动为2.3%；
综上，可以得到本发明的滑模补偿方法能够在开关磁阻电机提高负载的过程中有效抑制开关磁阻电机的换相转矩脉动。
上述***实施例中的内容均适用于本发法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与上述***实施例相同，并且达到的有益效果与上述***实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，包括PID速度控制器、前馈计算模块、滑模电流补偿模块、电流分配模块、电流滞环模块、不对称半桥驱动电路、开关磁阻电机、编码器、转矩计算模块和转速计算模块，所述PID速度控制器的输入端与转速计算模块的输出端连接，所述PID速度控制器的输出端与前馈计算模块的输入端和滑模电流补偿模块的输入端连接，所述前馈计算模块的输出端与电流分配模块的输入端连接，所述滑模电流补偿模块的输入端与转矩计算模块的输出端连接，所述滑模电流补偿模块的输出端与电流分配模块的输入端连接，所述电流分配模块的输出端与电流滞环模块的输入端连接，所述电流滞环模块的输出端与不对称半桥驱动电路的输入端连接，所述不对称半桥驱动电路的输出端与开关磁阻电机的输入端和转矩计算模块的输入端连接，所述开关磁阻电机的输出端与编码器的输出端连接，所述编码器的输出端与电流分配模块的输入端、转矩计算模块的输入端和转速计算模块的输入端连接，其中：
所述PID速度控制器，用于对转速误差及其变化率进行调节处理并输出参考转矩值；
所述前馈计算模块，用于通过线性转矩电流变换公式将参考转矩值变换为线性参考电流；
所述滑模电流补偿模块，用于对参考转矩值、反馈实际转矩值和转矩差值进行调节处理并输出补偿电流；
所述电流分配模块，用于将总电流进行分配并输入至各相，得到参考相电流，所述总电流为线性参考电流和补偿电流之和；
所述电流滞环模块，用于对参考相电流与反馈相电流进行比较并计算出不对称半桥驱动电路的驱动信号；
所述不对称半桥驱动电路，用于给各相绕组施加电压或断开各相绕组的电压来控制开关磁阻电机工作；
所述编码器，用于检测开关磁阻电机转子的位置，即转子位置角；
所述转矩计算模块，用于根据开关磁阻电机转子的位置和反馈相电流，进行查表得到反馈实际转矩值；
所述转速计算模块，用于根据开关磁阻电机转子的转子位置角进行计算，得到电机的实时转速。
2.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，所述PID速度控制器的微分系数为0。
3.根据权利要求2所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，所述PID速度控制器的PID算法具体如下所示：
Figure 214825DEST_PATH_IMAGE002
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示PID控制输出变量，
Figure 663124DEST_PATH_IMAGE004
表示比例系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示积分系数，
Figure 708440DEST_PATH_IMAGE006
表示微分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示给定转速与实时转速的差值，
Figure 759442DEST_PATH_IMAGE008
表示当前时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示上一时刻。
4.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，所述前馈计算模块的线性转矩电流变换公式具体如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
上式中，
Figure 104972DEST_PATH_IMAGE012
表示反馈实际转矩值，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示电感偏导值，
Figure 333959DEST_PATH_IMAGE014
表示线性参考电流。
5.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，所述滑模电流补偿模块的输出补偿电流的计算公式如下所示：
Figure 866572DEST_PATH_IMAGE016
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示滑模补偿电流，
Figure 721264DEST_PATH_IMAGE018
表示比例因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 655722DEST_PATH_IMAGE020
表示一个正实数，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示符号函数，
Figure 180245DEST_PATH_IMAGE022
表示滑模电流补偿模块的滑模面。
6.根据权利要求5所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，选取的滑模面具体公式表述如下：
Figure 75519DEST_PATH_IMAGE024
上式中，
Figure 78110DEST_PATH_IMAGE007
表示转矩偏差，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示转矩偏差对电流
Figure 132654DEST_PATH_IMAGE017
的导数。
7.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，所述电流滞环模块的具体工作步骤还包括：
对参考相电流与反馈相电流进行比较，得到相电流差值；
通过限幅计算对相电流差值的变化率进行计算，得到驱动信号；
将驱动信号输入至不对称半桥驱动电路；
根据驱动信号确定不对称半桥驱动电路的工作状态。
8.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制***，其特征在于，还包括外部电源，所述不对称半桥驱动电路通过外部电源的电压大小控制相电流的大小，并通过给开关磁阻电机的各相绕组施加电压或断开电压来控制开关磁阻电机工作。
9.一种开关磁阻电机滑模电流补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对转速误差信号进行PID调节处理，得到参考转矩值；
S2、对参考转矩值进行分流处理，得到第一参考转矩值和第二参考转矩值；
S3、通过线性转矩电流变换公式对第一参考转矩值进行变换处理，得到线性参考电流；
S4、对第二参考转矩值进行查表处理和作差处理，得到转矩差值；
S5、结合参考转矩值、反馈实际转矩值和转矩差值进行调节处理，输出补偿电流；
S6、对总电流进行分配处理，得到参考相电流，所述总电流包括线性参考电流和补偿电流；
S7、对参考相电流与反馈相电流进行比较计算，输出驱动信号控制开关磁阻电机的工作状态；
S8、根据开关磁阻电机的工作状态得到转子位置角并结合反馈相电流进行查表，得到反馈实际转矩值；
S9、对转子位置角进行计算处理，得到电机的实时转速。
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