一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法及系统

1.本发明属于电机驱动控制领域，更具体地，涉及一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法及系统。


背景技术：

2.随着工业生产的飞速发展和环境保护的迫在眉睫，电能由于其便于传输、控制灵活、环境污染少等原因，得到了人们的广泛应用。在这一前提下，电机作为实现机电能量转换的核心部件，受到了专家学者的广泛关注。对于电机而言，电机的驱动器和控制器决定了电机运行的性能与可靠性，具有举足轻重的地位。
3.传统的电机系统，通常采用具有星形连接的绕组结构，各相绕组的一端连接至电机驱动器的输出端，另一端连接在一起构成绕组中性点。受限于功率器件的耐压、散热、功率等级等制约，这种传统的电机系统难以满足高功率等级和高可靠性的需求。因此，由开绕组电机驱动器驱动的开关磁阻电机应运而生。开关磁阻电机没有绕组中性点，每相绕组的两端分别与开绕组电机驱动器中的两个变换器的输出端相连，由带有直流偏置的正弦电流供电，这一结构显著地提升了直流母线电压利用率和控制自由度，保障了电机系统的性能和可靠性。
4.高精度的电流检测是保障电机控制精度的关键。然而，对于开关磁阻电机而言，由于不具有绕组中性点，三相电流中均包含零序分量，至少需要三个电流传感器。电流传感器数量的增加，显著提升了电机系统的成本和体积。同时，更多传感器的使用，提升了系统的潜在故障风险，降低了系统的可靠性。针对这一问题，现有研究提出了一种基于开关信号相移的开绕组电机驱动器单传感器电流重构方法，但由于需要对开绕组电机驱动器的开关信号进行复杂的相移和对齐操作，显著增加了控制器的控制复杂度。同时，开关信号的相移使得所有开关信号在每个开关周期不再中心对称分布，将导致非理想的开关谐波，恶化电机的输出特性。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法及系统，旨在解决现有开关磁阻电机系统电流传感器数量多导致的高成本、低可靠性问题和现有单电流传感器采样系统中开关信号相移导致的控制复杂度高和非理想开关谐波等问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法。
7.开绕组电机驱动器，包括变换器1、变换器2、一个电流传感器、一个位置传感器，用于为开关磁阻电机提供电流；其中，变换器2直接连接在直流电源的正极和负极之间，变换器1和变换器2之间由正直流母线和负直流母线相连，电流传感器安装在变换器1和变换器2之间的负直流母线上，流过电流传感器的电流只受变换器1的导通状态的影响；
8.开关磁阻电机控制方法包括以下步骤：
9.s1.根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；具体地，电流传感器在每个开关周期内的第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点；在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
，对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；
10.s2.根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，在不同的扇区内，利用三相电流解算模块，在不同的扇区利用不同的计算方法，结合第一电流采样值i
s1
、第二电流采样值i
s2
和第三电流采样值i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic，利用开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic，根据旋转坐标变换，计算得到同步旋转坐标系的电流分量id、iq和i0；具体地，不同扇区的三相电流计算方式如下：
11.在i扇区，ia＝i
s1-i
s2
,ib＝i
s2-i
s3
,ic＝i
s3
；
12.在ii扇区，ia＝i
s2-i
s3
,ib＝i
s1-i
s2
,ic＝i
s3
；
13.在iii扇区，ia＝i
s3
,ib＝i
s1-i
s2
,ic＝i
s2-i
s3
；
14.在iv扇区，ia＝i
s3
,ib＝i
s2-i
s3
,ic＝i
s1-i
s2
；
15.在v扇区，ia＝i
s2-i
s3
,ib＝i
s3
,ic＝i
s1-i
s2
；
16.在vi扇区，ia＝i
s1-i
s2
,ib＝i
s3
,ic＝i
s2-i
s3
。
17.s3.根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，计算同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
，与电流分量id、iq和i0作差，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0；
18.s4.根据开关磁阻电机的转子电角度θe，对ud、uq、u0进行旋转坐标变换，得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
；分别根据两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
；
19.s5.对两个变换器的导通时间进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时间满足最小采样时间t
min
的要求；计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。
20.进一步地，s5中对两个变换器的导通时间进行修正包括如下步骤：
21.s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中ts为开绕组电机驱动器的开关周期：
22.第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；
23.第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；
24.第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；
25.s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；
26.s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间。
27.本发明的另一方面，提出了一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机电流控制系统，包括：开绕组电机驱动器、电流检测模块、位置检测模块、电流控制器、脉宽调制器、电压调制模块、不可测区域补偿模块；
28.所述电流检测模块，用于根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点；在所述三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
处对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，在不同的扇区内，结合i
s1
、i
s2
、i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic；进行旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系的电流分量id、iq和i0；
29.所述位置检测模块，用于测量转子机械位置θm，并根据开关磁阻电机的初始位置和极对数，计算得到转子电角度θe；
30.所述电流控制器，用于对开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电流进行控制，使得电流实际值跟随其参考值。首先，电流分配模块根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，根据如下方法计算得到同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
：
31.i
d*
＝0；i
q*
＝i
rms*
；
32.进一步地，谐波电流控制器根据同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
和实际值id、iq、i0，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，保证电流实际值跟随其参考值。
33.所述脉宽调制器，用于根据开关磁阻电机的转子电角度θe，计算开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，得到开关信号，输入至开绕组电机驱动器。
34.首先，利用旋转坐标变换，根据同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，计算得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
。两个变换器的输出电压应具有120
°
的相位差，以避免非理想的零序谐波电压产生；
35.其次，电压调制模块根据变换器1的旋转电压分量u
αβ1
和共模电压分量cmv1，计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，其中t
11
为最先导通的桥臂的导通时间，t
21
为第二个导通的桥臂的导通时间，t
31
为最后导通的桥臂的导通时间；同时，根据变换器2的旋转电压分量u
αβ2
和共模电压分量cmv2，计算变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
，其中t
12
为最先导通的桥臂的导通时间，t
22
为第二个导通的桥臂的导通时间，t
32
为最后导通的桥臂的导通时间。
36.进一步地，不可测区域补偿模块，用于对两个变换器的导通时间按照如下步骤进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时间满足最小采样时间t
min
的要求：
37.s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中ts为开绕组电机驱
动器的开关周期：
38.第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；
39.第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；
40.第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；
41.s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；
42.s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；最小采样时间t
min
为开绕组电机驱动器的死区时间、模拟-数字信号转换时间、电流调节时间、信号传输延时之和；在经过不可测区域补偿后，开关信号仍然是中心对称的，不需要对开关信号进行相移，即可实现不可测区域的补偿。
43.进一步地，利用占空比计算模块，将变换器1和变换器2每个桥臂的导通时间，计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。
44.通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，通过设定电流传感器的安装位置、设定电流采样点、提出不同扇区内的电流解算方法和不可测区域补偿方法，仅利用一个电流传感器即可实现开关磁阻电机的电流检测，并保证了开关信号的中心对称，避免了现有技术中复杂的开关信号相移及其造成的非理想开关谐波，显著提升了开关磁阻电机系统的运行可靠性。本发明提出的技术方案，不仅适用于开关磁阻电机，还适用于任意类型的由开绕组电机驱动器进行驱动的电机。
附图说明
45.图1为本发明实施例基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制系统的控制框图；
46.图2为本发明实施例不同扇区内的三个电流采样点位置示意图；
47.图3为本发明实施例中变换器1的扇区分布示意图；
48.图4为本发明实施例中不可测区域补偿模块的流程图；
49.图5为本发明实施例的开绕组电机驱动器示意图。
具体实施方式
50.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。
51.如图1所示，本发明提出了一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机电流控制系
统，包括：开绕组电机驱动器、电流检测模块、位置检测模块、电流控制器、脉宽调制器、电压调制模块、不可测区域补偿模块；
52.所述电流检测模块，用于根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点；在所述三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
处对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，在不同的扇区内，结合i
s1
、i
s2
、i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic；进行旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系的电流分量id、iq和i0；
53.所述位置检测模块，用于测量转子机械位置θm，并根据开关磁阻电机的初始位置和极对数，计算得到转子电角度θe；
54.所述电流控制器，用于对开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电流进行控制，使得电流实际值跟随其参考值。首先，电流分配模块根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，根据如下方法计算得到同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
：i
d*
＝0；i
q*
＝i
rms*
；谐波电流控制器根据同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
和实际值id、iq、i0，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，保证电流实际值跟随其参考值。
55.所述脉宽调制器，用于根据开关磁阻电机的转子电角度θe，计算开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，得到开关信号，输入至开绕组电机驱动器。利用旋转坐标变换，根据同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0，计算得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
。两个变换器的输出电压应具有120
°
的相位差，以避免非理想的零序谐波电压产生。
56.所述电压调制模块，用于根据变换器1的旋转电压分量u
αβ1
和共模电压分量cmv1，计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，其中t
11
为最先导通的桥臂的导通时间，t
21
为第二个导通的桥臂的导通时间，t
31
为最后导通的桥臂的导通时间；同时，根据变换器2的旋转电压分量u
αβ2
和共模电压分量cmv2，计算变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
，其中t
12
为最先导通的桥臂的导通时间，t
22
为第二个导通的桥臂的导通时间，t
32
为最后导通的桥臂的导通时间。
57.所述不可测区域补偿模块，用于对两个变换器的导通时间按照如下步骤进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时间满足最小采样时间t
min
的要求：
58.s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中ts为开绕组电机驱动器的开关周期：
59.第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；
60.第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；
61.第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；
62.s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换
器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；
63.s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；最小采样时间t
min
为开绕组电机驱动器的死区时间、模拟-数字信号转换时间、电流调节时间、信号传输延时之和；在经过不可测区域补偿后，开关信号仍然是中心对称的，不需要对开关信号进行相移，即可实现不可测区域的补偿。
64.所述占空比计算模块，用于将变换器1和变换器2每个桥臂的导通时间，计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。
65.本发明还提出一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法，包含以下步骤：
66.s1.根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；具体地，电流传感器在每个开关周期内的第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点，在不同扇区内，三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
的位置如图2所示；在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
，对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；
67.s2.根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，变换器1的扇区分布如图3所示。在不同的扇区内，利用三相电流解算模块，在不同的扇区利用不同计算方法，根据三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic，利用开关磁阻电机的三相电流ia、ib和ic，根据旋转坐标变换，计算得到同步旋转坐标系的电流分量id、iq和i0；具体地，变换器1在不同扇区时的三相电流计算方式如下：
68.在i扇区，ia＝i
s1-i
s2
,ib＝i
s2-i
s3
,ic＝i
s3
，
69.在ii扇区，ia＝i
s2-i
s3
,ib＝i
s1-i
s2
,ic＝i
s3
，
70.在iii扇区，ia＝i
s3
,ib＝i
s1-i
s2
,ic＝i
s2-i
s3
，
71.在iv扇区，ia＝i
s3
,ib＝i
s2-i
s3
,ic＝i
s1-i
s2
，
72.在v扇区，ia＝i
s2-i
s3
,ib＝i
s3
,ic＝i
s1-i
s2
，
73.在vi扇区，ia＝i
s1-i
s2
,ib＝i
s3
,ic＝i
s2-i
s3
。
74.s3.根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，计算同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
，与电流分量id、iq和i0作差，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值ud、uq、u0；
75.s4.根据开关磁阻电机的转子电角度θe，对ud、uq、u0进行旋转坐标变换，得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
；分别根据两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
；
76.s5.对两个变换器的导通时间进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时
间满足最小采样时间t
min
的要求；计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。
77.进一步地，如图4所示，s5中对两个变换器的导通时间进行修正包括如下步骤：
78.s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中ts为开绕组电机驱动器的开关周期：
79.第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；
80.第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；
81.第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；
82.s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；
83.s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间。
84.进一步地，利用占空比计算模块，在不同扇区内，根据s5修正后的两个变换器的导通时间，利用表1中的逻辑，计算各个桥臂的占空比，其中d
a1
、d
b1
、d
c1
、d
a2
、d
b2
、d
c2
分别为图5所示的开绕组电机驱动器中对应桥臂的占空比。
85.表1
[0086][0087]
本发明提出的电流检测与控制系统，对电机类型没有明确要求，任意采用如图5所示的开绕组电机驱动器进行驱动的电机，均可适用。
[0088]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法，其特征在于，所述开绕组电机驱动器包括变换器1、变换器2、一个电流传感器、一个位置传感器，所述开绕组电机驱动器用于为开关磁阻电机提供电流；其中，变换器2直接连接在直流电源的正极和负极之间，变换器1和变换器2之间由正直流母线和负直流母线相连，电流传感器安装在变换器1和变换器2之间的负直流母线上，流过电流传感器的电流只受变换器1的导通状态的影响，包括以下步骤：s1.根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点；在所述三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
处对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；s2.根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，在不同的扇区内，结合i
s1
、i
s2
、i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流i
a
、i
b
和i
c
；进行旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系的电流分量i
d
、i
q
和i0；s3.根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，计算同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
，与电流分量i
d
、i
q
和i0作差，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值u
d
、u
q
、u0；s4.根据开关磁阻电机的转子电角度θ
e
，对u
d
、u
q
、u0进行旋转坐标变换，得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
；分别根据两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
；s5.对两个变换器的导通时间进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时间满足最小采样时间t
min
的要求；计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中不同扇区的三相电流计算方式如下：在i扇区，i
a
＝i
s1-i
s2
,i
b
＝i
s2-i
s3
,i
c
＝i
s3
；在ii扇区，i
a
＝i
s2-i
s3
,i
b
＝i
s1-i
s2
,i
c
＝i
s3
；在iii扇区，i
a
＝i
s3
,i
b
＝i
s1-i
s2
,i
c
＝i
s2-i
s3
；在iv扇区，i
a
＝i
s3
,i
b
＝i
s2-i
s3
,i
c
＝i
s1-i
s2
；在v扇区，i
a
＝i
s2-i
s3
,i
b
＝i
s3
,i
c
＝i
s1-i
s2
；在vi扇区，i
a
＝i
s1-i
s2
,i
b
＝i
s3
,i
c
＝i
s2-i
s3
。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3中同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
的计算方式如下：i
d*
＝0；i
q*
＝i
rms*
；4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s5中对两个变换器的导通时间进行修正包括如下步骤：s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中t
s
为开绕组电机驱动器
的开关周期：第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间。5.一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，包括开绕组电机驱动器、电流检测模块、位置检测模块、电流控制器、脉宽调制器、电压调制模块、不可测区域补偿模块；所述开绕组电机驱动器包括变换器1、变换器2、一个电流传感器、一个位置传感器，所述开绕组电机驱动器用于为开关磁阻电机提供电流；其中，变换器2直接连接在直流电源的正极和负极之间，变换器1和变换器2之间由正直流母线和负直流母线相连，电流传感器安装在变换器1和变换器2之间的负直流母线上，流过电流传感器的电流只受变换器1的导通状态的影响；所述电流检测模块，用于根据开绕组电机驱动器中变换器1的开关信号，确定电流传感器在每个开关周期内的三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
；第一采样点t
s1
位于变换器1的开关周期的起点，第二采样点t
s2
位于变换器1的第一个有效矢量的起点，第三采样点t
s3
位于变换器1的第二个有效矢量的起点；在所述三个采样点t
s1
、t
s2
、t
s3
处对电流传感器进行三次采样，得到三个对应的电流采样值i
s1
、i
s2
、i
s3
；根据变换器1的参考电压u
α1
和u
β1
，判断变换器1的工作扇区，在不同的扇区内，结合i
s1
、i
s2
、i
s3
，计算出开关磁阻电机的三相电流i
a
、i
b
和i
c
；进行旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系的电流分量i
d
、i
q
和i0；所述位置检测模块，用于测量转子机械位置θ
m
，并根据开关磁阻电机的初始位置和极对数，计算得到转子电角度θ
e
；所述电流控制器，用于根据开关磁阻电机相电流有效值的参考值i
rms*
，计算同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
，与电流分量i
d
、i
q
和i0作差，利用矢量比例积分算法，计算得到开关磁阻电机在同步旋转坐标系下的电压参考值u
d
、u
q
、u0；所述脉宽调制器，用于根据开关磁阻电机的转子电角度θ
e
，对u
d
、u
q
、u0进行旋转坐标变换，得到两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
；所述电压调制模块，用于分别根据两个变换器的旋转电压分量u
αβ12
和共模电压分量cmv
12
计算变换器1中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
11
、t
21
和t
31
，变换器2中三个桥臂在一个开关周期内的导通时间t
12
、t
22
和t
32
；
所述不可测区域补偿模块，用于对两个变换器的导通时间进行修正，使得每个开关周期内三次电流采样的时间满足最小采样时间t
min
的要求；所述占空比计算模块，用于计算各个桥臂的占空比，进而得到开关信号，输入到开绕组电机驱动器实现电机的控制。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述开绕组电机驱动器中不同扇区的三相电流计算方式如下：在i扇区，i
a
＝i
s1-i
s2
,i
b
＝i
s2-i
s3
,i
c
＝i
s3
；在ii扇区，i
a
＝i
s2-i
s3
,i
b
＝i
s1-i
s2
,i
c
＝i
s3
；在iii扇区，i
a
＝i
s3
,i
b
＝i
s1-i
s2
,i
c
＝i
s2-i
s3
；在iv扇区，i
a
＝i
s3
,i
b
＝i
s2-i
s3
,i
c
＝i
s1-i
s2
；在v扇区，i
a
＝i
s2-i
s3
,i
b
＝i
s3
,i
c
＝i
s1-i
s2
；在vi扇区，i
a
＝i
s1-i
s2
,i
b
＝i
s3
,i
c
＝i
s2-i
s3
。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电流控制器中同步旋转坐标系下的电流参考值i
d*
、i
q*
、i
0*
的计算方式如下：i
d*
＝0；i
q*
＝i
rms*
；8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述不可测区域补偿模块中对两个变换器的导通时间进行修正包括如下步骤：s51.根据变换器1中第一桥臂导通时间t
11
、第二桥臂导通时间t
21
、第三桥臂导通时间t
31
，计算一个开关周期内的三次电流传感器采样的持续时间，其中t
s
为开绕组电机驱动器的开关周期：第一次电流传感器采样的持续时间t
s1
＝(t
s-t
11
)/2；第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
＝(t
11-t
21
)/2；第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
＝t
21
；s52.在变换器1的每个扇区内，判断第三次电流传感器采样的持续时间t
s3
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’12
＝t
12
+(t’21-t
21
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’21
＝t
min
；t’32
＝t
32
+(t’21-t
21
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间；s53.在变换器1的每个扇区内，判断第二次电流传感器采样的持续时间t
s2
是否大于电流传感器的最小采样时间t
min
；若不满足，则当变换器1在i、iii、v扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’32
＝t
32
+(t’11-t
11
)；而当变换器1在ii、iv、vi扇区内时，对变换器1和变换器2的桥臂导通时间进行如下的修正计算：t’11
＝t’21
+2*t
min
；t’22
＝t
22
+(t’11-t
11
)；其中，上标
“’”
表示修正后的桥臂导通时间。

技术总结
本发明公开了一种基于无相移电流重构的开关磁阻电机控制方法与系统，属于电机驱动控制领域，包括：开绕组电机驱动器、电流检测模块、位置检测模块、电流控制器、脉宽调制器、电压调制模块、不可测区域补偿模块，开绕组电机驱动器中电流传感器的个数仅为一个。本发明通过规划电流传感器的采样时刻，并对开绕组电机驱动器中的两个变换器的每个桥臂的导通时间进行在线修正，在不对开关管驱动信号进行相移、保证所有开关管的驱动信号中心对称的基础上，同时实现了由开绕组电机驱动器驱动的开关磁阻电机的旋转电流分量和零序电流分量的检测，避免了电流传感器的不可测区域，提升了开关磁阻电机系统的运行稳定性。关磁阻电机系统的运行稳定性。关磁阻电机系统的运行稳定性。


技术研发人员：甘醇 俞志跃 倪锴 曲荣海 王双红 孙剑波
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/13