一種機電能量轉(zhuǎn)換開關(guān)磁阻電機模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機電能量轉(zhuǎn)換開關(guān)磁阻電機模擬方法，尤其適用于各種相數(shù)開關(guān) 磁阻電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 精確的開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)模型對于評估電機性能、優(yōu)化電機設(shè)計、設(shè)計高性能控 制器、消除轉(zhuǎn)矩脈動及實現(xiàn)無位置傳感器控制具有重要意義。開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)模型基于 電勢平衡方程式和轉(zhuǎn)矩平衡方程式而建立，其關(guān)鍵與難點在于電磁特性的模擬。目前，開關(guān) 磁阻電機相繞組模擬方法有:場路耦合法，是在每個仿真模擬步長內(nèi)耦合了電機電磁場分 析和繞組電路分析，不能實現(xiàn)實時仿真模擬;解析式法，通過總結(jié)歸納實測的或經(jīng)有限元計 算得出的磁鏈曲線族特征，用二元擬合函數(shù)由少量已知的磁鏈數(shù)據(jù)確定函數(shù)參數(shù)，重構(gòu)全 范圍連續(xù)的位置和電流對磁鏈的非線性映射，模擬精度與計算時間亦有矛盾，也不能實現(xiàn) 實時仿真模擬;查表插值法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，首先獲取若干離散的位置角與電流對應(yīng)的磁鏈 數(shù)據(jù)，建立磁鏈對位置和電流的二維表格，然后通過查表插值或訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出任 意位置和任意電流對應(yīng)的磁鏈，在已知電機結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)的條件下，可使用有限元法計 算得出磁鏈數(shù)據(jù)，對于未給出相關(guān)參數(shù)的電機，則需要通過實驗測量獲取磁鏈或電感數(shù)據(jù)， 該方法的模擬精度主要取決于樣本磁鏈數(shù)據(jù)，也難以實現(xiàn)高精度的實時仿真模擬;等效磁 網(wǎng)絡(luò)法，通過分析有限元方法得出的磁力線路徑特征，建立電機的等效磁路網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用電路 分析方法計算磁鏈，但為提高檢測精度，有必要建立考慮相間互感，要構(gòu)建三維或多維表 格，即當(dāng)前相電流、位置、其他相互感對磁鏈的映射，然而龐大的計算量降低了其實用性。申 請?zhí)枮椋?01510247960.2公開了 一種開關(guān)磁阻電機建模方法，對開關(guān)磁阻電機平均轉(zhuǎn)矩的 模擬誤差在3.9%以內(nèi)，對開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速的模擬誤差在0.16%以內(nèi)。因此，急需建立模 擬精確高、計算快、不占用存儲空間的開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器，實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機系統(tǒng) 的高精度實時仿真與實時控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種方法簡單、能實現(xiàn)開關(guān)磁 阻電機系統(tǒng)電路仿真的開關(guān)磁阻電機模擬方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的機電能量轉(zhuǎn)換開關(guān)磁阻電機模擬方法，包括采用開關(guān) 磁阻電機相繞組模擬器，開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器包括三只運算放大器U1、U2和U3、三只 電流傳輸器U4、U5和U6、電感倒數(shù)模塊、一只乘法器U7-AD633、九只電阻R1、R2、R3、R4、R5、 R6、R7、Rd和Rs和一只電容Ci，輸入端口為A和B;輸入端口A通過電阻RS分別與運算放大器U1 的同相輸入端口 +和電流傳輸器U4的端口z相連接，輸入端口B分別與電流傳輸器U5的端口z 和電流傳輸器U6的端口y相連接，運算放大器U1的輸出端口 0分別與運算放大器U1的反相輸 入端口 -和電阻Ri的一端相連，電阻Ri的另一端分別與運算放大器U2的反相輸入端口-和電 阻R3的一端相連接，運算放大器U2的同相輸入端口 +分別與電阻R2和電阻R4的一端相連接， 電阻R4的另一端接地，電阻辦的另一端與電流傳輸器U6的端口x相連接，運算放大器U2的輸 出端口 〇分別與電阻R3的另一端和電阻Rs的一端相連接，電阻Rs的另一端分別與運算放大器 U3的反相輸入端口-和電容Ci的一端相連接，運算放大器U3的同相輸入端口 +接地，電流傳 輸器U4的端口y接地，電流傳輸器U4的端口X通過電阻Rd與電流傳輸器U5的端口X相連接，電 流傳輸器U6的端口z接地，開關(guān)磁阻電機模擬方法如下：
[0005] 將運算放大器U3的輸出端口 0分別與電容Ci的另一端和乘法器1]740633的^端口 相連接，將電流傳輸器U5的端口y與乘法器U7-AD633的w端口相連接，乘法器U7-AD633的χ2 端口接地，乘法器U7-AD633的y2端口接地，將電阻R6的一端與乘法器U7-AD633的w端口相連 接，電阻R6的另一端與乘法器U7-AD633的z端口相連接，電阻R7的一端和乘法器U7-AD633的 z端口相連接，電阻R7的另一端接地，將電感倒數(shù)模塊的輸出端0與乘法器U7-AD633的71端 口相連接，電感倒數(shù)模塊的輸出電壓值為vy，電感倒數(shù)模塊的輸入為電機相電流瞬時值i和 電機轉(zhuǎn)子位置值Θ;由開關(guān)磁阻電機等效模型模擬機電能量轉(zhuǎn)換開關(guān)磁阻電機可變電感L值 與電機相電流瞬時值i和電機轉(zhuǎn)子位置值Θ函數(shù)關(guān)系，電感倒數(shù)模塊的可變電感L值由下式 得出：
[0007] 式中：1?1、1?3、1?5、1?6、1?7、1?(1為電阻值，(^為電容值，￥7為電壓值，電壓值￥7為電機相 電流瞬時值i和轉(zhuǎn)子位置值Θ的函數(shù)；
[0008] 將輸入端口A和輸入端口B之間的電路模型等效為電阻Rs與電機的可變電感L的串 聯(lián)，構(gòu)建成開關(guān)磁阻電機相繞組等效模擬器，電阻Rs模擬開關(guān)磁阻電機相繞組電阻，可變電 感L模擬開關(guān)磁阻電機相繞組電感，開關(guān)磁阻電機相繞組電感是電機轉(zhuǎn)子位置和相電流的 函數(shù)，得到開關(guān)磁阻電機等效模型。
[0009] 所述的電感倒數(shù)模塊由數(shù)字處理芯片、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 DAC構(gòu)成，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的輸入為電機相電流瞬時值i和電機轉(zhuǎn)子位置值Θ，模擬/數(shù) 字轉(zhuǎn)換器ADC的輸出端連接數(shù)字處理芯片的輸入端相，數(shù)字處理芯片的輸出端連接數(shù)字/模 擬轉(zhuǎn)換器DAC的輸入端相，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器DAC的輸出為電壓值vy。
[0010] 有益效果:本發(fā)明采用運算放大器、電流傳輸器、電感倒數(shù)模塊、乘法器、電阻、電 容搭建開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器，能實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)電路仿真、實時仿真與實時 控制，計算快、精確高、不占用存儲空間，對開關(guān)磁阻電機平均轉(zhuǎn)矩的模擬誤差在0.34%以 內(nèi)，對開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速的模擬誤差在0.09%以內(nèi)。為開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩消脈動、 無位置傳感器控制打下了基礎(chǔ)，具有重要的理論價值和廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器電路圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器所復(fù)現(xiàn)的開關(guān)磁阻電機相電壓UA'、相 電流iA'和磁鏈Φα'波形。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述：
[0014]如圖1所示，開關(guān)磁阻電機模擬方法，包括采用開關(guān)磁阻電機相繞組模擬器，開關(guān) 磁阻電機相繞組模擬器采用三只運算放大器U1、U2和U3，三只電流傳輸器U4、U5和U6，電感 倒數(shù)模塊，一只乘法器U7-AD633,九只電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R<^PRsJP-HigCi， 輸入端口為A和B;
[0015] 將輸入端口A通過電阻RS分別與運算放大器U1的同相輸入端口 +和電流傳輸器U4 的端口z相連接，輸入端□B分別與電流傳輸器U5的端口z和電流傳輸器U6的端口y相連接， 運算放大器U1的輸出端口 0分別與運算放大器U1的反相輸入端口-和電阻Ri的一端相連，電 阻心的另一端分別與運算放大器U2的反相輸入端口-和電阻R3的一端相連接，運算放大器U2 的同相輸入端口 +分別與電阻R2和電阻R4的一端相連接，電阻R4的另一端接地，電阻R2的另 一端與電流傳