本發(fā)明涉及新能源汽車驅動用開關磁阻電機的控制技術領域，具體為一種磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法與系統(tǒng)。

背景技術：

開關磁阻電機srm(switchedreluctancemotor，srm)為雙凸極電機，定子有集中繞組，轉子既無繞組亦無永磁體，其運動由定、轉子間氣隙磁阻的變化而產生，具有結構堅固、機電能量轉換效率高、調速范圍寬、成本低廉等諸多優(yōu)點。然而其雙凸極結構、開關供電方式等因素致使其轉矩脈動問題尤為突出，限制其在振動和噪聲問題要求高的領域的應用與推廣，故抑制開關磁阻電機的轉矩脈動的抑制為近年的研究熱點。

為了抑制srm轉矩脈動，國內外進行了多方面的研究，取得大量的研究成果。srm控制系統(tǒng)是通過電流的電磁感應產生磁場來帶動轉子運轉，故目前的控制策略以電流和磁鏈的控制為主，基于電流的控制策略主要分兩種：(1)轉矩分配控制tsf(torquesharingfunction,tsf)策略，參考轉矩經分配后求得三相參考電流，通過參考電流與輸出電流的偏差形成滯環(huán)的一維邏輯約束，使輸出電流收斂到參考電流，間接抑制轉矩脈動。(2)為簡化轉矩分配中三相轉矩到三相電流的求解過程，提出電流分配控制策略，通過對運算順序的轉換，先求出總參考電流,再分配參考電流，將三相轉矩到三相電流的三維擬合算法簡化為總轉矩-電流的一維擬合算法；在轉矩分配控制的基礎上提出了電流分配控制csf(currentsharingfunction,csf)，簡化了三相電流的求解過程，提升了擬合轉矩電流非線性關系算法的工作效率。

基于磁鏈的控制策略主要分為兩類：(1)直接轉矩控制dtc(directtorquecontrol,dtc)策略，通過磁鏈偏差與轉矩偏差聯(lián)合形成滯環(huán)控制的二維邏輯約束，得到有效的開關量，用于減小轉矩脈動。文獻將直接轉矩控制dtc的思想引入到srm，通過轉矩閉環(huán)控制和磁鏈閉環(huán)控制的聯(lián)合控制實現(xiàn)減少轉矩脈動的目的，但存在參考磁鏈值不易得到且換相突變未能有效解決的缺陷；(2)磁鏈分配控制策略，文獻為避免引入轉矩與電流的非線性關系，而引入磁鏈分配fsf控制，直接采用磁鏈滯環(huán)控制非線性較強的磁鏈，使瞬時磁鏈有效跟蹤參考磁鏈，進而減小轉矩脈動。采用直接瞬時轉矩控制策略ditc(directinstantaneoustorquecontrol,ditc)，相對dtc而言，該方法無需磁鏈環(huán)，直接使用基于轉矩偏差一維約束的滯環(huán)控制器，產生每相開關信號。有的文獻對比分析了直接轉矩控制dtc和轉矩分配tsf控制兩種控制策略的控制效果，在磁鏈特性未知的情況下，轉矩分配控制的控制效果更明顯。另有文獻對比分析了轉矩分配控制tsf與直接瞬時轉矩控制ditc以及電流斬波控制的控制效果，在有限元電機模型下，轉矩分配控制的轉矩脈動最小且控制結構簡單。故相對而言，分配控制的控制效果更好?？傊鲜隹傮w控制方案大體分為兩個大類:(1)通過轉矩和磁鏈偏差的二維邏輯約束實現(xiàn)直接轉矩控制；(2)在處理換相突變的問題上，采用分配控制策略。兩種方案均在抑制srm轉矩脈動有一定效果，但dtc未考慮換相突變問題，而電流和轉矩分配控制只考慮突變問題，在滯環(huán)控制約束上未考慮磁鏈的非線性。

總之，srm磁鏈的強非線性使其模型難以準確獲得，傳統(tǒng)轉矩分配控制將非線性問題線性化處理，致使輸出轉矩脈動過大，常規(guī)pid控制參數(shù)固定，無法隨控制對象參數(shù)變化及時調整，難以達到期望精度，需要設計一種新的開關磁阻電機轉矩脈動的抑制方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設計一種磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法，通過基于偏差預處理的磁鏈雙權值神經網絡dwnn(doubleweightsneuralnetwork)的磁鏈增量比例積分微分pid(proportionalintegraldifferential，pid)控制得到參考磁鏈，通過基于偏差預處理的電流雙權值神經網絡dwnn的電流增量比例積分微分pid控制得到參考電流；磁鏈分配fsf(fluxsharingfunction,fsf)與電流分配csf(currentsharingfunction,csf)得到三相參考電流與磁鏈，配合二維邏輯約束滯環(huán)控制，得到恒轉矩下有效的開關量，實現(xiàn)srm輸出電流收斂到參考電流，與此同時，輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)srm總轉矩的有效控制。

本發(fā)明的另一目的是設計一種磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的系統(tǒng)，包括信號處理器、功率驅動器、電流傳感器、位置傳感器及開關磁阻電機srm。信號處理器含有偏差預處理模塊、電流增量pid控制模塊、磁鏈增量pid控制模塊、電流雙權值神經網絡模塊、磁鏈雙權值神經網絡模塊、電流分配模塊、磁鏈分配模塊及二維滯環(huán)控制器。信號處理器接受電流傳感器信號和位置傳感器信號，經各模塊運算，二維滯環(huán)控制器連接功率驅動器，功率驅動器的輸出控制srm運行。

本文件內srm表示開關磁阻電機，pid表示比例積分微分。

本發(fā)明設計的一種磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法，通過基于偏差預處理的磁鏈雙權值神經網絡的磁鏈增量pid控制得到參考磁鏈通過基于偏差預處理的電流雙權值神經網絡的電流增量pid控制得到參考電流id(k)；通過電流分配函數(shù)和磁鏈分配函數(shù)分別得到三相磁鏈參考控制量及三相電流參考控制量。三相磁鏈參考控制量與對應的三相輸出磁鏈的差為三相磁鏈偏差；三相電流參考控制量與對應的三相瞬時電流的差為三相電流偏差；三相磁鏈偏差和三相電流偏差聯(lián)合作為二維滯環(huán)控制器的輸入，得到恒轉矩下有效的滯環(huán)控制開關量，控制srm運行。實現(xiàn)srm輸出電流收斂到參考電流，與此同時，srm輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)總轉矩的有效控制，有效抑制srm轉矩脈動。

本發(fā)明一種磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法包括以下步驟：

i、磁鏈雙權值神經網絡和電流雙權值神經網絡

i-1、基于雙權值神經網絡的電流與磁鏈控制

在本控制方法中，電流雙權值神經網絡與電流增量pid控制、磁鏈雙權值神經網絡與磁鏈增量pid控制結構一致。tout為雙權值神經網絡的輸出轉矩，△ud(k)是k時刻ud(k)變量的增量，△ud(k-1)是△ud(k)的前一時刻值。fal(e)是對轉矩偏差△t＝e預處理函數(shù)。

i-11、電流雙權值神經網絡

k時刻srm的參考電流id(k)與其前一時刻k-1時刻srm的參考電流id(k-1)的差為△id(k)，即id(k)＝id(k-1)+△id(k)?！鱥d(k-1)為δid(k)前一時刻k-1時刻的值。

電流雙權值神經網絡的輸入為k時刻srm的瞬時轉矩輸出te、te前一時刻k-1時刻srm的瞬時轉矩輸出te-1以及k-1時刻參考電流的增量δid(k-1)，其輸出為tout1。tout1與te的差值為電流雙權值神經網絡的監(jiān)督學習信號。

通過電流雙權值神經網絡對應的雅克比矩陣調整電流增量pid控制器的三個參數(shù)增量δkp1(k),δkl1(k)及δkd1(k)，δkp1(k),δkl1(k)及δkd1(k)是對應k時刻的三個參數(shù)kp1(k),kl1(k)及kd1(k)的增量，由此得到對應電流增量pid控制器的三個參數(shù)kp1(k),kl1(k)及kd1(k)。

i-12、磁鏈雙權值神經網絡

k時刻srm的參考磁鏈與其前一時刻k-1時刻srm的參考磁鏈的差為即為前一時刻的值。

磁鏈雙權值神經網絡的輸入為k時刻srm的瞬時轉矩輸出te、te前一時刻k-1時刻srm的瞬時轉矩輸出te-1以及k-1時刻參考磁鏈的增量其輸出為tout2。tout2與te的差值為磁鏈雙權值神經網絡的監(jiān)督學習信號。

通過磁鏈雙權值神經網絡對應的雅克比矩陣調整磁鏈增量pid控制器的三個參數(shù)增量δkp2(k),δkl2及△kd2(k)，由此得到對應k時刻的磁鏈增量pid控制器的三個參數(shù)kp2(k),kl2(k)及kd2(k)。

基于轉矩偏差形成的增量pid控制的統(tǒng)一表達式如下所示：

u(k)＝u(k-1)+△u(k)(1)

△u(k)＝kp(e(k)-e(k-1))+kle(k)+kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))(2)

其中，e(k)為k時刻的轉矩偏差△t，e(k-1)表示e(k)前一時刻的值；u(k)表示id(k)和u(k-1)表示u(k)前一時刻的值；△u(k)表示△id(k)和kp(k)、kl(k)及kd(k)分別對應表示k時刻的參數(shù)kp1(k)、kl1(k)及kd1(k)和kp2(k)、kl2(k)及kd2(k)。

神經網絡辨識輸出的雅可比矩陣和統(tǒng)一用雅可比矩陣表示，用于在線調整pid控制器的參數(shù)。

改進后的雙權值神經元函數(shù)如下：

其中，hj為隱含層輸出函數(shù)，f(x)為激活函數(shù)，x是函數(shù)自變量。tout為雙權值神經網絡輸出轉矩，wlj為方向權值，qlj為核心權值，vj為輸出權值，blj為可調整的次冪，a1范圍0～1,次冪m范圍1,2,3,xl是隱含節(jié)點輸入，l＝1,2,3，三個輸入分別為：△ud(k-1)，轉矩te_1和轉矩te。

i-2增量pid控制器的參數(shù)自適應調整

對應離散域k時刻的轉矩偏差△t＝e(k)進行預處理，得到本發(fā)明采用的轉矩偏差預處理函數(shù)fal(e)，作為pid控制器的輸入，使之實現(xiàn)理想的控制方式，即“小誤差，大增益，大誤差，小增益”，具體計算公式如下：

其中，α為非線性因子，取值范圍0～1；δ為線性區(qū)間長度，取值范圍0～1；e是轉矩偏差，sign(e)是符號函數(shù)，fal(e)是定義的預處理函數(shù)。

取

其中xc(1)表示e(k)的k時刻偏差；xc(2)表示e(k)；xc(3)表示e(k)偏差的偏差，即xc(1)在k時刻的偏差e(k)。

輸入fal(e)的增量pid控制器為：

ud(k-1)是增量pid控制器輸出ud(k)的前一時刻k-1時刻的值?！鱱d(k)是增量pid控制器的輸出ud(k)k時刻的增量。

增量pid控制器的三個系數(shù)的調整采用梯度下降法，選取性能指標函數(shù)如下：

td(k)為k時刻的給定參考轉矩，te(k)為k時刻實測的srm瞬時輸出轉矩。

經偏差預處理后，在離散域中，k時刻的增量pid控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)及微分系數(shù)kp(k),kl(k)及kd(k)對應增量分別為△kp(k),δkl(k)及δkd(k)，具體計算式如下：

其中分別代表δkp(k),δkl(k)及δkd(k)的學習率。

對應得到：

kp(k)＝kp(k-1)+δkp(k)，ki(k)＝kl(k-1)+δkl(k)，kd(k)＝kd(k-1)+δkd(k)

神經網絡辨識得：

其中，k時刻的控制量增量δud(k)未知，由于采樣時間短，故用k-1時刻的增量δud(k-1)近似代替，由此帶來的計算誤差通過學習率的調整進行修正。

ⅱ、磁鏈與電流分配控制

ⅱ-1、磁鏈與電流分配函數(shù)的選擇

本發(fā)明電流分配選擇立方分配函數(shù)，電流分配函數(shù)的表達式如下：

其中，θ為轉子位置角，θon為開通角，θov為換相重疊角，fl(θ)為電流分配函數(shù)；

根據磁鏈與轉矩關系的特點，改進余弦分配函數(shù)作為磁鏈分配函數(shù)，表達式如下：

其中cos余弦函數(shù)，θ為轉子位置角，θon為開通角，θov為換相重疊角，為磁鏈分配函數(shù)。

在換相區(qū)，通過分配函數(shù)對控制量進行分配，得到三相參考控制量。以a、b兩相為例，當a相為關斷相，b相為導通相時，三相磁鏈參考控制量及三相電流參考控制量的求解式如下：

ⅱ-2瞬時轉矩與磁鏈的計算

瞬時轉矩計算的準確性決定整個系統(tǒng)的控制性能，srm的強非線性使其難以用公式求得瞬時轉矩，本發(fā)明采用由有限元數(shù)據分析構成的總電流與位置角對應的瞬時轉矩表格，由當前時刻實測的總電流與當前位置角進行查表求得對應的當前瞬時轉矩。

某一相的瞬時磁鏈與該相的相電壓及繞組壓降有關，以a相繞組的磁鏈參考控制值的計算為例，計算公式如下：

其中ua、ia、ra分別為srm繞組中a相的電壓、輸出電流和阻值。

ⅲ磁鏈與電流聯(lián)合滯環(huán)控制

在導通區(qū)段，電流及磁鏈變化相對緩慢，為提高控制精度，在傳統(tǒng)1和-1兩種狀態(tài)的滯環(huán)控制策略基礎上，設計一個具有1、0和-1三種工作狀態(tài)的滯環(huán)控制器。δi和分別表示電流偏差與磁鏈偏差。δimax、-δimax分別為電流滯環(huán)上下限，δimax范圍0.001～0.1，范圍0.001～0.1，分別為磁鏈滯環(huán)上下限，導通區(qū)滯環(huán)寬度為2m，m范圍：δimax或

在關斷區(qū)段，電流及磁鏈快速減小，有快速關斷的特點，為提高效率，設計一個只有1和-1兩種工作狀態(tài)的滯環(huán)控制器，磁鏈滯環(huán)上下限與導通區(qū)段相同。

二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)的初值狀態(tài)為0。依據單滯環(huán)控制邏輯，磁鏈與電流的二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)如下：

ⅲ-1、導通區(qū)

ⅲ-11、當電流偏差δi及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若δi≤m+δimax且則開關狀態(tài)為0；

若δi>m+δimax且δφ>m+δφmax，開關切換到狀態(tài)為1；

ⅲ-12、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若△i<-m+△imax且則開關狀態(tài)為0；

若△i≥-m+△imax且則開關切換到狀態(tài)為1；

ⅲ-13、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若△i≤m-△imax且則開關狀態(tài)為-1；

若△i>m-△imax且開關切換到狀態(tài)為0；

ⅲ-14、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若△i≥-m-△imax且則開關狀態(tài)為0；

若△i<-m-△imax且則開關切換到狀態(tài)為-1；

ⅲ-15、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率出現(xiàn)一正一負時，開關狀態(tài)為0；

ⅲ-2、關斷區(qū)：

ⅲ-21、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若△i>△imax且則開關切換到狀態(tài)為1；

若△i<△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-22、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若△i>-△imax且則開關狀態(tài)為1；

若△i<-△imax且則開關切換到狀態(tài)為-1；

ⅲ-23、當電流偏差△i的變化率大于0而磁鏈偏差的變化率小于0時，

若△i>△imax且則開關狀態(tài)為1；

若△i<△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-24、當電流偏差△i的變化率小于0而磁鏈偏差的變化率大于0時，

若△i>-△imax且則開關狀態(tài)為1；

若△i<-△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-25、當電流偏差△i的變化率及磁鏈偏差的變化率不滿足ⅲ-21～ⅲ-24的條件時，開關狀態(tài)保持原狀態(tài)。

本發(fā)明磁鏈分配(fsf)與電流分配(csf)聯(lián)合控制，通過二維邏輯約束得到恒轉矩下有效的開關量，實現(xiàn)輸出電流收斂到參考電流的同時，輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)總轉矩的控制，有效抑制srm的轉矩脈動。

本發(fā)明設計的一種磁鏈與電流聯(lián)合控制開關磁阻電機轉矩脈動的系統(tǒng)，包括信號處理器、功率驅動器、電流傳感器、位置傳感器及開關磁阻電機。

三個電流傳感器和位置傳感器安裝于srm，分別采集srm的a、b和c相的三相瞬時電流值ia、ib和ic；位置傳感器采集轉子當前位置角θ；各傳感器的信號線與信號處理器連接。

信號處理器含有延時模塊、偏差預處理模塊、電流增量pid控制模塊、磁鏈增量pid控制模塊、電流雙權值神經網絡模塊、磁鏈雙權值神經網絡模塊、電流分配模塊、磁鏈分配模塊、瞬時磁鏈計算模塊、瞬時轉矩查表計算模塊及二維滯環(huán)控制器。

信號處理器接受電流傳感器信號和位置傳感器信號，經各模塊運算，二維滯環(huán)控制器連接功率驅動器，功率驅動器的輸出控制srm運行。

信號處理器連接顯示設施，實時顯示本系統(tǒng)控制狀態(tài)和srm的控制結果。

信號處理器連接can(控制器局域網絡controllerareanetwork)接口，提供與外設通信接口。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機的轉矩脈動系統(tǒng)的優(yōu)點為：1、磁鏈分配fsf與電流分配csf配合二維滯環(huán)控制器，得到恒轉矩下有效的開關量，實現(xiàn)輸出電流收斂到參考電流的同時，輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)總轉矩的有效控制；2、通過基于偏差預處理的對應的磁鏈、電流雙權值神經網絡與磁鏈、電流增量pid控制求得參考磁鏈與參考電流，在線辨識△id與te、與te的非線性關系，以轉矩偏差最小為目標，有效地抑制srm的轉矩脈動。

附圖說明

圖1為本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法實施例流程圖；

圖2為本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法實施例步驟ⅲ導通區(qū)滯環(huán)控制示意圖；

圖3為本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法實施例步驟ⅲ關斷區(qū)滯環(huán)控制示意圖；

圖4為本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法實施例步驟ⅲ滯環(huán)開關狀態(tài)的a相不對稱半橋電路示意圖；

圖5為本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的系統(tǒng)實施例結構示意圖。

具體實施方式

本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機的轉矩脈動系統(tǒng)實施例，其流程圖如圖1所示，給定轉矩td與由測量電流i和位置角θ通過查表計算獲得反饋轉矩te進行轉矩偏差運算，得到的轉矩偏差△t經引入fal函數(shù)對進行非線性預處理后作為電流增量pid控制和磁鏈增量pid控制輸入信號；電流增量pid控制和磁鏈增量pid控制的參數(shù)涉及到的雅克比信息和雅克比信息分別由電流偏差△id(k-1)、te及te-1作為輸入信號的電流雙權值神經網絡提供和電流偏差te及te-1作為輸入信號作為輸入的磁鏈雙權值神經網絡提供。

通過基于偏差預處理的磁鏈雙權值神經網絡的磁鏈增量pid控制得到參考磁鏈通過基于偏差預處理的電流雙權值神經網絡的電流增量pid控制得到參考電流id(k)；通過電流分配函數(shù)和磁鏈分配函數(shù)分別得到三相磁鏈參考控制量及三相電流參考控制量ia^*、ib^*、ic^*。三相磁鏈參考控制量與對應的三相輸出磁鏈的差為三相磁鏈偏差三相電流參考控制量ia^*、ib^*、ic^*與對應的三相瞬時電流ia、ib、ic的差為三相電流偏差△ia、△ib、△ic。三相磁鏈偏差和三相電流偏差聯(lián)合作為二維滯環(huán)控制器的輸入，得到恒轉矩下有效的滯環(huán)控制開關量，控制srm運行。實現(xiàn)srm輸出電流收斂到參考電流，與此同時，srm輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)總轉矩的有效控制，有效抑制srm轉矩脈動。

本磁鏈與電流聯(lián)合抑制開關磁阻電機轉矩脈動的方法實施例的具體步驟如下：

i、磁鏈雙權值神經網絡和電流雙權值神經網絡

i-1、基于雙權值神經網絡的電流與磁鏈控制

本例電流雙權值神經網絡與電流增量pid控制、磁鏈雙權值神經網絡與磁鏈增量pid控制結構一致。tout為雙權值神經網絡的輸出轉矩，△ud(k)是k時刻ud(k)變量的增量，△ud(k-1)是△ud(k)的前一時刻值。fal(e)是對轉矩偏差△t＝e預處理函數(shù)。

i-11、電流雙權值神經網絡

k時刻srm的參考電流id(k)與其前一時刻k-1時刻srm的參考電流id(k-1)的差為△id(k)，即id(k)＝id(k-1)+△id(k)?！鱥d(k-1)為△id(k)前一時刻k-1時刻的值。

電流雙權值神經網絡的輸入為k時刻srm的瞬時轉矩輸出te、te前一時刻k-1時刻srm的瞬時轉矩輸出te-1以及k-1時刻參考電流的增量δid(k-1)，其輸出為tout1。tout1與te的差值為電流雙權值神經網絡的監(jiān)督學習信號。

通過電流雙權值神經網絡對應的雅克比矩陣調整電流增量pid控制器的三個參數(shù)增量δkp1(k),δkl1(k)及δkd1(k)，δkp1(k),δkl1(k)及δkd1(k)是對應k時刻的三個參數(shù)kp1(k),kl1(k)及kd1(k)的增量，由此得到對應電流增量pid控制器的三個參數(shù)kp1(k),kl1(k)及kd1(k)。

i-12、磁鏈雙權值神經網絡

k時刻srm的參考磁鏈與其前一時刻k-1時刻srm的參考磁鏈的差為即為前一時刻的值。

磁鏈雙權值神經網絡的輸入為k時刻srm的瞬時轉矩輸出te、te前一時刻k-1時刻srm的瞬時轉矩輸出te-1以及k-1時刻參考磁鏈的增量其輸出為tout2。tout2與te的差值為磁鏈雙權值神經網絡的監(jiān)督學習信號。

通過磁鏈雙權值神經網絡對應的雅克比矩陣調整磁鏈增量pid控制器的三個參數(shù)增量δkp2(k),δkl2及δkd2(k)，由此得到對應k時刻的磁鏈增量pid控制器的三個參數(shù)kp2(k),kl2(k)及kd2(k)。

基于轉矩偏差形成的增量pid控制的統(tǒng)一表達式如下所示：

u(k)＝u(k-1)+δu(k)(1)

δu(k)＝kp(e(k)-e(k-1))+kle(k)+kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))(2)

其中，e(k)為k時刻的轉矩偏差δt，e(k-1)表示e(k)前一時刻的值；u(k)表示id(k)和u(k-1)表示u(k)前一時刻的值；δu(k)表示△id(k)和kp(k)、kl(k)及kd(k)分別對應表示k時刻的參數(shù)kp1(k)、kl1(k)及kd1(k)和kp2(k)、kl2(k)及kd2(k)。

神經網絡辨識輸出的雅可比矩陣和統(tǒng)一用雅可比矩陣表示，用于在線調整pid控制器的參數(shù)。

改進后的雙權值神經元函數(shù)如下：

其中，hj為隱含層輸出函數(shù)，f(x)為激活函數(shù)，x是函數(shù)自變量。tout為雙權值神經網絡輸出轉矩，wlj為方向權值，qlj為核心權值，vj為輸出權值，blj為可調整的次冪，本例取參數(shù)a1＝0.1，取次冪m＝1。xl是隱含節(jié)點輸入，l＝1,2,3，三個輸入分別為：△ud(k-1)，轉矩te_1和轉矩te。

i-2增量pid控制器的參數(shù)自適應調整

對應離散域k時刻的轉矩偏差δt＝e(k)進行預處理，得到轉矩偏差預處理函數(shù)fal(e)，作為pid控制器的輸入，具體計算公式如下：

其中，α為非線性因子，本例α＝取0.2；δ為線性區(qū)間長度，本例δ＝0.3；e是轉矩偏差，sign(e)是符號函數(shù)。

取

其中xc(1)表示e(k)的k時刻偏差；xc(2)表示e(k)；xc(3)表示e(k)偏差的偏差，即xc(1)在k時刻的偏差e(k)。

輸入fal(e)的增量pid控制器為：

ud(k-1)是增量pid控制器輸出ud(k)的前一時刻k-1時刻的值。δud(k)是增量pid控制器的輸出ud(k)k時刻的增量。

增量pid控制器的三個系數(shù)的調整采用梯度下降法，選取性能指標函數(shù)如下：

td(k)為k時刻的給定參考轉矩，te(k)為k時刻實測的srm瞬時輸出轉矩。

經偏差預處理后，在離散域中，k時刻的增量pid控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)及微分系數(shù)kp(k),kl(k)及kd(k)對應增量分別為△kp(k),△kl(k)及△kd(k)，具體計算式如下：

其中分別代表△kp(k),△kl(k)及△kd(k)的學習率。本例取

對應得到：

kp(k)＝kp(k-1)+△kp(k)，ki(k)＝kl(k-1)+△kl(k)，kd(k)＝kd(k-1)+△kd(k)

神經網絡辨識得：

其中，k時刻的控制量增量△ud(k)未知，由于采樣時間短，用k-1時刻的增量△ud(k-1)近似代替，由此帶來的計算誤差通過學習率的調整進行修正。

ⅱ、磁鏈與電流分配控制

ⅱ-1、磁鏈與電流分配函數(shù)的選擇

本發(fā)明電流分配選擇立方分配函數(shù)，電流分配函數(shù)的表達式如下：

其中，θ為轉子位置角，θon為開通角，θov為換相重疊角，fl(θ)為電流分配函數(shù)；

根據磁鏈與轉矩關系的特點，改進余弦分配函數(shù)作為磁鏈分配函數(shù)，表達式如下：

其中cos余弦函數(shù)，θ為轉子位置角，θon為開通角，θov為換相重疊角，為磁鏈分配函數(shù)。

在換相區(qū)，通過分配函數(shù)對控制量進行分配，得到三相參考控制量。以a、b兩相為例，當a相為關斷相，b相為導通相時，三相磁鏈參考控制量及三相電流參考控制量的求解式如下：

ⅱ-2、瞬時轉矩與磁鏈的計算

本例采用由有限元數(shù)據分析構成的總電流與位置角對應的瞬時轉矩表格，由當前時刻實測的總電流與當前位置角進行查表求得對應的當前瞬時轉矩。

某一相的瞬時磁鏈與該相的相電壓及繞組壓降有關，以a相繞組的磁鏈參考控制值的計算為例，計算公式如下：

其中ua、ia、ra分別為srm繞組中a相的電壓、輸出電流和阻值。

ⅲ、磁鏈與電流聯(lián)合滯環(huán)控制

圖2中縱坐標為二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)值,橫坐標為電流偏差△i或磁鏈偏差如圖2所示，在導通區(qū)段，本例設計具有1、0和-1三種工作狀態(tài)的滯環(huán)控制器?！鱥和分別表示電流偏差與磁鏈偏差?！鱥max、-△imax分別為電流滯環(huán)上下限，本例取△imax＝0.05，分別為磁鏈滯環(huán)上下限，本例取導通區(qū)滯環(huán)寬度為2m，m取0.006。

圖3中縱坐標為二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)值,橫坐標為電流偏差△i或磁鏈偏差如圖3所示，在關斷區(qū)段，本例設計只有1和-1兩種工作狀態(tài)的滯環(huán)控制器，磁鏈滯環(huán)上下限與導通區(qū)段相同。

二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)的初值狀態(tài)為0。依據單滯環(huán)控制邏輯，磁鏈與電流的二維滯環(huán)控制器的開關狀態(tài)如下：

ⅲ-1、導通區(qū)

ⅲ-11、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若△i≤m+△imax且則開關狀態(tài)為0；

若△i>m+△imax且△φ>m+△φmax，開關切換到狀態(tài)為1；

ⅲ-12、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若△i<-m+△imax且則開關切換到狀態(tài)為0；

若△i≥-m+△imax且則開關狀態(tài)為1；

ⅲ-13、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若△i≤m-△imax且則開關狀態(tài)為-1；

若△i>m-△imax且開關切換到狀態(tài)為0；

ⅲ-14、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若△i≥-m-△imax且則開關狀態(tài)為0；

若△i<-m-△imax且則開關切換到狀態(tài)為-1；

ⅲ-15、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率出現(xiàn)一正一負時，開關狀態(tài)為0；

ⅲ-2關斷區(qū)：

ⅲ-21、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都大于0時，

若△i>△imax且則開關切換到狀態(tài)為1；

若△i<△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-22、當電流偏差△i及磁鏈偏差的變化率都小于0時，

若δi>-δimax且則開關狀態(tài)為1；

若δi<-δimax且則開關切換到狀態(tài)為-1；

ⅲ-23、當電流偏差δi的變化率大于0而磁鏈偏差的變化率小于0時，

若△i>△imax且則開關狀態(tài)為1；

若△i<△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-24、當電流偏差△i的變化率小于0而磁鏈偏差的變化率大于0時，

若△i>-△imax且則開關狀態(tài)為1；

若△i<-△imax且則開關狀態(tài)為-1；

ⅲ-25、當電流偏差△i的變化率和磁鏈偏差的變化率不滿足ⅲ-21～ⅲ-24的條件時，開關狀態(tài)保持原狀態(tài)。

如圖4所示，以a相為例，電流和磁鏈的聯(lián)合滯環(huán)控制使a相繞組相當于接入一個不對稱半橋功率電路，s1與s2為功率開關管，d1和d2為二極管，a相繞組的一端連接s1的發(fā)射極和d2的正極，a相繞組的另一端連接s2的集電極和d1的負極，s1的集電極和d1的負極連接電源正極，s2的發(fā)射極和d2的正極連接電源的負極。滯環(huán)控制器狀態(tài)1時相當于此電路s1與s2導通，a相繞組加正壓；狀態(tài)0時s1導通、s2關斷，電流經s1與d1及a相繞組續(xù)流；狀態(tài)-1時s1與s2關斷，a相繞組線圈電流回流到電源。

本例磁鏈分配(fsf)與電流分配(csf)聯(lián)合控制，通過二維邏輯約束得到恒轉矩下有效的開關量，實現(xiàn)輸出電流收斂到參考電流的同時，輸出磁鏈收斂到參考磁鏈，間接實現(xiàn)總轉矩的控制，有效抑制srm的轉矩脈動。

磁鏈與電流聯(lián)合控制開關磁阻電機轉矩脈動的系統(tǒng)實施例

本磁鏈與電流聯(lián)合控制開關磁阻電機轉矩脈動的系統(tǒng)實施例的整體結構如圖5所示，圖5中，td為給定參考轉矩，te為k時刻的瞬時輸出轉矩，△t為轉矩偏差，△t＝e，e表示轉矩偏差，te_1為te前一時刻的輸出轉矩，fal(e)為轉矩偏差預處理函數(shù)，tout1為電流雙權值神經網絡的輸出轉矩，tout2為磁鏈雙權值神經網絡的輸出轉矩，分別為電流雙權值神經網絡和磁鏈雙權值神經網絡對應的雅可比矩陣。id(k)為k時刻參考電流，△id(k-1)為k時刻△id(k)的前一時刻參考電流增量；為k時刻參考磁鏈，為k時刻的前一時刻參考磁鏈增量；ia^*、ib^*、ic^*分別為a、b、c相參考電流控制量，分別為a、b、c相參考磁鏈控制量，ia、ib、ic分別為a、b、c相瞬時電流，分別為a、b、c相輸出磁鏈，△ia、△ib、△ic分別為a、b、c相電流偏差，分別為a、b、c相磁鏈偏差，θ為轉子位置角，u＝[ua,ub,uc]為srm的a、b、c三相繞組的電壓。

電流傳感器和位置傳感器安裝于srm，分別采集srm的a、b和c相的三相瞬時電流值ia、ib和ic以及轉子當前位置角θ；各傳感器的信號線與信號處理器連接。

信號處理器含有偏差預處理模塊、延時模塊、電流增量pid控制模塊、磁鏈增量pid控制模塊、電流雙權值神經網絡模塊、磁鏈雙權值神經網絡模塊、電流分配模塊、磁鏈分配模塊、瞬時磁鏈計算模塊、瞬時轉矩查表計算模塊、及二維滯環(huán)控制器。

信號處理器接受電流傳感器信號和位置傳感器信號，經運算，電流增量pid控制模塊和磁鏈增量pid模塊分別輸出的參考電流控制量id(k)和參考磁鏈控制量分別作為電流分配模塊和磁鏈分配模塊的輸入信號。電流分配模塊輸出的三相參考電流分別與電流傳感器得到srm三相電流輸出ia、ib、ic進行偏差運算，得到電流偏差△ia、△ib、△ic；磁鏈分配模塊輸出的三相參考磁鏈分別與三相磁鏈進行偏差運算，得到三相磁鏈偏差本例瞬時磁鏈計算模塊根據輸入電壓u和srm三相瞬時電流ia、ib、ic計算得到三相磁鏈瞬時轉矩查表計算模塊根據srm三相瞬時電流ia、ib、ic和轉子位置角θ查表得瞬時轉矩te。電流偏差△ia、△ib、△ic和磁鏈偏差一起作為二維滯環(huán)控制器的輸入，二維滯環(huán)控制器對應的輸出作為功率驅動器輸入，功率驅動器控制srm運行。

本例信號處理器連接顯示設施，實時顯示本系統(tǒng)控制狀態(tài)和srm的控制結果。

本例信號處理器連接can接口，提供與外設通信的接口。

上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。