用于开关磁阻电机驱动系统的新型单电阻电流采样技术

发布时间：2019-07-23 09:47

【摘要】：为进一步降低开关磁阻电动自行车设计成本,提出了单电阻电流采样的四相电流重构技术。对单电阻电流采样的四相电流重构技术的原理进行研究,建立了不同开关状态下四相电流与采样电流的关系。对换相而引起的非换相相电流波动问题进行分析,定义了无法重构相电流的区域为非观测区。提出使用单脉冲注入控制解决非观测区内无法重构相电流的方法,通过在非观测区注入单个脉冲信号,依据直流母线电压值重构得到相电流,并根据给定电流参考量,计算得到脉宽调制补偿信号的占空比,从而实现在非观测区的斩波控制。建立了Matlab/Simulink数字仿真模型,并进行仿真验证,最后进行了开关磁阻电机单电阻电流采样及控制算法的实验。结果表明,所提单电阻电流采样技术具备可行性和使用价值。
【图文】：

SRM驱动系统

目前大部分文献中，采用单电流传感器的驱动系统，均需要复杂的逻辑算法，且需增加额外的硬件电路来实现对功率器件的控制，低成本高性能的控制技术并没有提出。本文针对具有小功率低转速特点的电动自行车领域，提出基于单电阻电流重构技术的PWM补偿控制的方法。该方法利用单电阻采样实现四相电流重构，并在非观测区注入单脉冲信号，实现了对非换相电流波动的抑制，最后搭建实验平台对理论进行了验证。1SRM驱动系统如图1所示，开关磁阻电机驱动系统主要由电机、功率变换器拓扑、位置信号电路及电流采样电路组成。图1SRM驱动系统Fig.1ThedrivesystemofSRM相电流采样技术在高性能控制策略中具有关键性作用，现有的许多控制策略是直接对采样相电流进行控制，例如电流斩波控制(CurrentChoppingControl，CCC)和直接转矩控制(DirectTorqueControl，DTC)。与传统裂相式拓扑相比，无电容裂相式拓扑去除了2个起续流储能和强迫换相作用的分压大电容，使得变换器体积显著减校去除分压电容后，四相绕组连接的中点就处于悬空状态，故为了电机相绕组电流存在流通路径，必须使得电机在任意时刻，上下桥中各有一相导通，换相依靠各相电感的自身储能实现，关断相能量转移到下一相(持续导通相)，，而不是回馈到电源端，才能实现可靠换相。以AB相开通为例，此时S1斩波、S2保持开通，能量直接提供给A、B两相。如图2a所示，当S1、S2都开通时，A、B两相串联绕组端电压为直流母线电压Udc，续流相绕组D承受反向电压－Udc+Uo。当S1关断、S2开通时，如图2b所示，A、D两相串联绕组两端承受反向直流母线电压－Udc，D相续流电流通过VD1、VD4回馈给电源。图2变换器的运行模式Fig.2Operationmodesofconverte

变换器的运行模式

oppingControl，CCC)和直接转矩控制(DirectTorqueControl，DTC)。与传统裂相式拓扑相比，无电容裂相式拓扑去除了2个起续流储能和强迫换相作用的分压大电容，使得变换器体积显著减校去除分压电容后，四相绕组连接的中点就处于悬空状态，故为了电机相绕组电流存在流通路径，必须使得电机在任意时刻，上下桥中各有一相导通，换相依靠各相电感的自身储能实现，关断相能量转移到下一相(持续导通相)，而不是回馈到电源端，才能实现可靠换相。以AB相开通为例，此时S1斩波、S2保持开通，能量直接提供给A、B两相。如图2a所示，当S1、S2都开通时，A、B两相串联绕组端电压为直流母线电压Udc，续流相绕组D承受反向电压－Udc+Uo。当S1关断、S2开通时，如图2b所示，A、D两相串联绕组两端承受反向直流母线电压－Udc，D相续流电流通过VD1、VD4回馈给电源。图2变换器的运行模式Fig.2Operationmodesofconverter56
【作者单位】：南京航空航天大学自动化学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51377076) 江苏省“六大人才高峰”项目(YPC13013)资助
【分类号】：TM352

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