开关磁阻电机的控制方法和滑模观测器与流程
本公开涉及开关磁阻电机，特别涉及一种开关磁阻电机的控制方法和滑模观测器。
背景技术：
1、srm(switched reluctance motor，开关磁阻电机)依据磁阻最小原理运行，它的结构简单，定转子都由硅钢片冲叠而成，普通结构不需永磁体嵌入，无退磁现象，可靠性高，不受紧缺稀土资源的限制，且其模块化绕组拓扑和简单的转子结构具有优越的容错能力，能够适应恶劣工作环境，在航空航天、新能源工业驱动系统中逐步得到应用。
2、但是，srm的工作效率、容错性、可靠性以及适用范围等有待进一步提升。当前，srm通常使用光电式或电磁式编码器检测转子位置，这增加了制造成本和电机轴向长度，不利于小型化。此外，传感器在恶劣环境中易受影响，导致精度下降和可靠性降低。电机装配时需要反复调试传感器位置以获得准确的零点，降低了工作效率。在导通相检测时，高电流容易引起磁路饱和，导致磁链或电感计算不准确，从而产生位置估计误差。传统的非导通相峰值比较法只能实现单相导通，电流阈值设定受转速和负载变化影响，限制了控制的鲁棒性。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本公开提出了一种基于非导通相增量电感的滑模观测器，用于估计转子位置。本公开通过电流斜率差值法计算非导通相的增量电感，并采用电流采样计数的方式来分配电流的正负斜率区间。进一步，利用最小二乘法对采样电流数据进行线性拟合，以提高电感计算的精度。通过将三相非导通区间的增量电感与有限元仿真的位置电感模型进行比较，可以得到观测误差，所述误差被用作滑模观测器的输入，用于估计转子的位置和转速。
2、第一方面，本公开实施例提供一种开关磁阻电机的控制方法，包括：对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据；至少根据所述电流采样数据，确定所述非导通相的各相增量电感；通过电机电感模型对不饱和电感曲线进行位置函数拟合，确定所述非导通相的各相估计电感；根据所述各相增量电感与对应的所述各相估计电感之间的差值，确定电感误差；基于所述电感误差对二阶滑模观测器进行增益调参，使所述二阶滑模观测器收敛；利用所述收敛后的二阶滑模观测器确定电机的转速和位置，以实现电机控制。
3、在一些实施例中，在对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据之前，还包括：电机静止时将脉冲电压注入绕组以激励所述脉冲电流。
4、在一些实施例中，所述对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据包括：对每次采样进行中断计数；根据计数结果分配电流斜率区间的电流采样数据。
5、在一些实施例中，所述至少根据所述电流采样数据，确定所述非导通相的各相增量电感包括：根据所述电流采样数据获得电流正负斜率区间的斜率；基于所述电流正负斜率区间的斜率之间的斜率差值，确定所述非导通相的各相增量电感。
6、在一些实施例中，根据所述采样电流数据获得电流正负斜率区间的斜率还包括：在每个所述电流采样数据利用最小二乘法进行一阶拟合，获得电流正负斜率区间的斜率。
7、在一些实施例中，所述非导通相的各相增量电感的计算公式如下：
8、
9、其中，lj为第j相增量电感，udc是直流母线电压、kon和koff分别为电流正斜率区间斜率和电流负斜率区间斜率。
10、在一些实施例中，所述非导通相的各相估计电感的计算公式如下：
11、
12、其中，表示第j相估计电感，k表示脉冲周期，表示第j相在第k周期时的估计位置，并且ak表示通过电机电感模型对不饱和电感曲线进行位置函数拟合后的拟合系数。
13、在一些实施例中，所述电感误差的计算公式为：
14、
15、其中，el表示电感误差，表示第j相估计电感，lj表示增量电感，k表示脉冲周期数，nph表示转子极数。
16、在一些实施例中，所述二阶滑模观测器的状态空间模型为：
17、
18、其中，kθ和kω表示滑模观测器的增益值，el表示电感误差，表示估计的电机转子位置的变化率，并且表示估计的电机转速的变化率，表示估计的电机转速；sgn()表示符号函数。
19、第二方面，本公开实施例提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本公开实施例第一方面所述的开关磁阻电机的控制方法。
20、第三方面，本公开实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本公开实施例第一方面所述的开关磁阻电机的控制方法。
21、第四方面，本公开实施例提供一种滑模观测器，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的开关磁阻电机的控制方法。
22、通过本公开实施例，非导通相高频脉冲电流检测通过脉冲计数分配正负斜率区间，解决了电流检测误差导致斜率分区错误的问题，通过拟合脉冲电流提高了计算精度。电感误差与位置误差具有简易的符号对应关系，设计了二阶滑模观测器估计转子位置和速度，用户通过调整观测器增益能够适应复杂多变的工作环境具有鲁棒性。
技术特征：
1.一种开关磁阻电机的控制方法，包括：
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，在对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据之前，还包括：
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据包括：
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述至少根据所述电流采样数据，确定所述非导通相的各相增量电感包括：
5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，根据所述采样电流数据获得电流正负斜率区间的斜率还包括：
6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述非导通相的各相增量电感的计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述非导通相的各相估计电感的计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述电感误差的计算公式为：
9.根据权利要求7所述的开关磁阻电机的控制方法，其中，所述二阶滑模观测器的状态空间模型为：
10.一种滑模观测器，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1至9中任意一项所述的开关磁阻电机的控制方法。
技术总结
一种开关磁阻电机的控制方法包括：对非导通相持续施加脉冲电流，获取电流采样数据；至少根据所述电流采样数据，确定所述非导通相的各相增量电感；通过电机电感模型对不饱和电感曲线进行位置函数拟合，确定所述非导通相的各相估计电感；根据所述各相增量电感与对应的所述各相估计电感之间的差值，确定电感误差；基于所述电感误差对二阶滑模观测器进行增益调参，使所述二阶滑模观测器收敛；利用所述收敛后的二阶滑模观测器确定电机的转速和位置，以实现电机控制。本公开还提供一种滑模观测器。本公开采用基于非导通相增量电感的滑模观测器，有效提高了位置估计精度，简化了系统设计和实现，具备较强的鲁棒性和适应性，适用于复杂多变的工作环境。
技术研发人员：王惠军,罗荣,杜军成,张光卫,时武
受保护的技术使用者：北京百博团人工智能技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23