用于三相電勵磁雙凸極電動機的九狀態控制策略的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三相電勵磁雙凸極電機起動系統，屬于特種電機與電機控制技術領域。
【背景技術】
[0002]三相電勵磁雙凸極電機(以下簡稱雙凸極電機)結構簡單可靠，功率密度高、控制靈活，適合用在航空航天等高要求領域。雙凸極電機作為電動機運行時，其控制系統與無刷直流電動機相似。與其他類型電動機相比，雙凸極電機具有較大的轉矩電流比，但由于自身結構的特點，其轉矩脈動率也較其他類型電機大，從而造成電機運行時噪聲大、振動劇烈、轉速波動大等問題，在一定程度上限制了其應用范圍。
[0003]目前主要使用的電勵磁雙凸極電機控制策略有:1.三狀態標準角控制策略；2.三狀態提前角控制策略；3.六狀態控制策略。采用三狀態標準角控制方式可使系統處于低速階段時能產生較大的轉矩，但在高速時會產生較大轉矩脈動；而采用三狀態提前角度控制和六狀態控制策略可提高電機高速運行時的輸出轉矩同時減小轉矩脈動。
[0004]電勵磁雙凸極電機轉矩脈動主要由換相轉矩脈動和穩態轉矩脈動組成，通過研究發現穩態轉矩脈動源于電機勵磁繞組自感變化而產生的勵磁磁阻轉矩，其對總轉矩脈動的影響較大，不可以忽略。上述幾種控制策略都未能解決電機穩態轉矩脈動較大的問題。
[0005]另外由于電勵磁雙凸極電機三相電磁特性不對稱，通常情況下，B相和C相的特性相互對稱，C相的特性大小與其他兩相不同。但是在目前的開通關斷控制策略中，出于方便操作、簡化系統以及編寫控制程序難易方面的考慮，并且基于假設電機結構是對稱的觀點，三相開通、關斷角度都設置一樣的大小，這會使得每相轉矩的峰值不同，出現較明顯的轉矩尖峰。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題在于克服上述技術缺陷，提供一種有效減少電勵磁雙凸極電機轉矩脈動并提高電機出力的新型控制策略，稱為九狀態控制策略。
[0007](I)、為解決上述技術問題，以雙凸極電機的一個電周期內相反電勢的自然換相點所形成的六個導通區間為基礎，在原A相上管S1、C相下管S2導通區間內B相反電勢過零點處開通B相上管S3，增加一個換相點X ;在原B相上管S3、A相下管S4導通區間內C相反電勢過零點處開通C相上管S5，增加一個換相點Y ;在原C相上管S5、B相下管S6導通區間內A相反電勢過零點處開通A相上管SI，增加一個換相點Z ;這樣在一個電周期內就存在九種功率管導通狀態，分別為S1-S2導通、S1-S2-S3導通、S2-S3導通、S3-S4導通、S3-S4-S5導通、S4-S5導通、S5-S6導通、S5-S6-S1導通、S6-S1導通，它們依次對應A+C-、A+B+C-、B+C-、B+A-、B+C+A-、C+A-、C+B-、C+A+B-、A+B-,其中 A、B、C 分別表不電機二相繞組，“ + ” 號表示正向導通，號表示反向導通。
[0008](2)、針對電勵磁雙凸極電機三相電磁特性不對稱的問題，優化每相的開通提前角α和滯后角β ;根據實際電機的參數，在O?70°范圍內選取α，同時保證關斷角β要小于三個提前角中的最小值amin，通過選擇合適參數可有效抑制轉矩脈動，同時又不會降低電機出力。
[0009]有益效果在于:
[0010]1.提高了電機換相時相繞組的電流變化率，減小了電機換相轉矩脈動；
[0011]2.不需要使用死區時間，消除了死區時間帶來的轉矩脈動；
[0012]3.每相延長開通所產生的相轉矩可以抵消勵磁磁阻轉矩產生的轉矩缺口，相比于六狀態控制策略更有效減小了穩態轉矩脈動。
【附圖說明】
[0013]圖1為電勵磁雙凸極電機本體結構示意圖；
[0014]圖2為電勵磁雙凸極電機起動系統的系統框圖；
[0015]圖3為六狀態控制策略示意圖；
[0016]圖4為九態控制策略示意圖；
[0017]圖5為九狀態控制策略流程圖；
[0018]圖6為九狀態狀態控制策略下基于對稱性的電機相電流的仿真波形圖；
[0019]圖7為九狀態狀態控制策略下基于對稱性的電機轉矩的仿真波形圖；
[0020]圖8為九狀態狀態控制策略下基于不對稱性的電機相電流得仿真波形圖；
[0021]圖9為九狀態狀態控制策略下基于不對稱性的電機轉矩的仿真波形圖；
[0022]圖2中Udc為直流母線電壓，Un為電機三相繞組中性點電壓，SI?S6為功率MOSFET, Dl?D6為反并聯二極管，Ra> Rb> R。分別為電機三相繞組電阻，L a、Lb、L。分別為電機A、B、C三相繞組自感，Ea、Eb、E。分別為電機三相反電勢，P a、Pb、P。分別為A、B、C三相霍爾位置信號；圖3、4中α” α2、α 3為電機每相上管開通提前角，β為每相下管開通滯后角，Ql?Q6分別為開關管SI?S6的驅動信號，X、Y、Z為新增得而3個換相點，波形中實線分.別表示電機三相反電勢波形，中間的虛線表示勵磁磁阻轉矩波形；圖5中CAP為DSP控制器的捕獲端口，PWMl?5為DSP控制器的PWM波輸出端口。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖以電勵磁雙凸極電機起動系統對本發明進行詳細說明。
[0024]電勵磁雙凸極電機電動運行的系統框圖如圖2所示，主功率電路為三相全橋電路，中性點不引出，相比三相半橋電路，體積小，硬件結構簡單可靠。為了得到電機準確的轉子位置需要使用位置傳感器，得到的相應的轉子位置信號pa、Pb、P。經過數字控制電路處理產生主功率電路的驅動信號，控制電機運行。
[0025]如圖3所示，六狀態狀態控制策略是以一個電周期內相反電勢的自然換相點來劃分TK個導通區間，分別是A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-、A+B-，在每個導通區間內電機均是兩相同時導通。在A+C-、B+A-、A+B-這三個導通區間內，電機的勵磁磁阻轉矩的變化趨勢都是先正后負，顯然負的勵磁磁阻轉矩會使電機總轉矩產生轉矩缺口。以A+C-導通區間為例，該區間內非導通相B相仍能產生較大的反電勢，可在B相反電勢過零點至下一個換相點的區間內給B相繞組通入正向電流，這樣B相繞組就會產生正轉矩，恰能填補該段負的勵磁磁阻轉矩，有效降低電機的轉矩脈動并提高電機的平均輸出轉矩。因此為了充分利用相反電勢，所提出的九狀態控制策略在原A+C-導通區間內B相反電勢過零點處增加一個換相點X，即開通B相上管S3;同樣在原B+A-導通區間內C相反電勢過零點處增加一個換相點Y，即開通C相上管S5 ;在原C+B-導通區間內A相反電勢過零點處增加一個換相點Z，即開通A相上管SI ;這樣在一個電周期內就存在九種功率管導通狀態，分別為S1-S2導通、S1-S2-S3導通、S2-S3 導通、S3-S4 導通、S3-S4-S5 導通、S4-S5 導通、S5-S6 導通、S5-S6-S1 導通、S6-S1導通。
[0026]圖