一种机电能量转换开关磁阻电机模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机电能量转换开关磁阻电机模拟方法，尤其适用于各种相数开关 磁阻电机。
【背景技术】
[0002] 精确的开关磁阻电机系统模型对于评估电机性能、优化电机设计、设计高性能控 制器、消除转矩脉动及实现无位置传感器控制具有重要意义。开关磁阻电机系统模型基于 电势平衡方程式和转矩平衡方程式而建立，其关键与难点在于电磁特性的模拟。目前，开关 磁阻电机相绕组模拟方法有:场路耦合法，是在每个仿真模拟步长内耦合了电机电磁场分 析和绕组电路分析，不能实现实时仿真模拟;解析式法，通过总结归纳实测的或经有限元计 算得出的磁链曲线族特征，用二元拟合函数由少量已知的磁链数据确定函数参数，重构全 范围连续的位置和电流对磁链的非线性映射，模拟精度与计算时间亦有矛盾，也不能实现 实时仿真模拟;查表插值法和神经网络法，首先获取若干离散的位置角与电流对应的磁链 数据，建立磁链对位置和电流的二维表格，然后通过查表插值或训练后的神经网络输出任 意位置和任意电流对应的磁链，在已知电机结构和材料参数的条件下，可使用有限元法计 算得出磁链数据，对于未给出相关参数的电机，则需要通过实验测量获取磁链或电感数据， 该方法的模拟精度主要取决于样本磁链数据，也难以实现高精度的实时仿真模拟;等效磁 网络法，通过分析有限元方法得出的磁力线路径特征，建立电机的等效磁路网络，应用电路 分析方法计算磁链，但为提高检测精度，有必要建立考虑相间互感，要构建三维或多维表 格，即当前相电流、位置、其他相互感对磁链的映射，然而庞大的计算量降低了其实用性。申 请号为：201510247960.2公开了 一种开关磁阻电机建模方法，对开关磁阻电机平均转矩的 模拟误差在3.9%以内，对开关磁阻电机转速的模拟误差在0.16%以内。因此，急需建立模 拟精确高、计算快、不占用存储空间的开关磁阻电机相绕组模拟器，实现开关磁阻电机系统 的高精度实时仿真与实时控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种方法简单、能实现开关磁 阻电机系统电路仿真的开关磁阻电机模拟方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明的机电能量转换开关磁阻电机模拟方法，包括采用开关 磁阻电机相绕组模拟器，开关磁阻电机相绕组模拟器包括三只运算放大器U1、U2和U3、三只 电流传输器U4、U5和U6、电感倒数模块、一只乘法器U7-AD633、九只电阻R1、R2、R3、R4、R5、 R6、R7、Rd和Rs和一只电容Ci，输入端口为A和B;输入端口A通过电阻RS分别与运算放大器U1 的同相输入端口 +和电流传输器U4的端口z相连接，输入端口B分别与电流传输器U5的端口z 和电流传输器U6的端口y相连接，运算放大器U1的输出端口 0分别与运算放大器U1的反相输 入端口 -和电阻Ri的一端相连，电阻Ri的另一端分别与运算放大器U2的反相输入端口-和电 阻R3的一端相连接，运算放大器U2的同相输入端口 +分别与电阻R2和电阻R4的一端相连接， 电阻R4的另一端接地，电阻办的另一端与电流传输器U6的端口x相连接，运算放大器U2的输 出端口 〇分别与电阻R3的另一端和电阻Rs的一端相连接，电阻Rs的另一端分别与运算放大器 U3的反相输入端口-和电容Ci的一端相连接，运算放大器U3的同相输入端口 +接地，电流传 输器U4的端口y接地，电流传输器U4的端口X通过电阻Rd与电流传输器U5的端口X相连接，电 流传输器U6的端口z接地，开关磁阻电机模拟方法如下：
[0005] 将运算放大器U3的输出端口 0分别与电容Ci的另一端和乘法器1]740633的^端口 相连接，将电流传输器U5的端口y与乘法器U7-AD633的w端口相连接，乘法器U7-AD633的χ2 端口接地，乘法器U7-AD633的y2端口接地，将电阻R6的一端与乘法器U7-AD633的w端口相连 接，电阻R6的另一端与乘法器U7-AD633的z端口相连接，电阻R7的一端和乘法器U7-AD633的 z端口相连接，电阻R7的另一端接地，将电感倒数模块的输出端0与乘法器U7-AD633的71端 口相连接，电感倒数模块的输出电压值为vy，电感倒数模块的输入为电机相电流瞬时值i和 电机转子位置值Θ;由开关磁阻电机等效模型模拟机电能量转换开关磁阻电机可变电感L值 与电机相电流瞬时值i和电机转子位置值Θ函数关系，电感倒数模块的可变电感L值由下式 得出：
[0007] 式中：1?1、1?3、1?5、1?6、1?7、1?(1为电阻值，(^为电容值，￥7为电压值，电压值￥7为电机相 电流瞬时值i和转子位置值Θ的函数；
[0008] 将输入端口A和输入端口B之间的电路模型等效为电阻Rs与电机的可变电感L的串 联，构建成开关磁阻电机相绕组等效模拟器，电阻Rs模拟开关磁阻电机相绕组电阻，可变电 感L模拟开关磁阻电机相绕组电感，开关磁阻电机相绕组电感是电机转子位置和相电流的 函数，得到开关磁阻电机等效模型。
[0009] 所述的电感倒数模块由数字处理芯片、模拟/数字转换器ADC、数字/模拟转换器 DAC构成，模拟/数字转换器ADC的输入为电机相电流瞬时值i和电机转子位置值Θ，模拟/数 字转换器ADC的输出端连接数字处理芯片的输入端相，数字处理芯片的输出端连接数字/模 拟转换器DAC的输入端相，数字/模拟转换器DAC的输出为电压值vy。
[0010] 有益效果:本发明采用运算放大器、电流传输器、电感倒数模块、乘法器、电阻、电 容搭建开关磁阻电机相绕组模拟器，能实现开关磁阻电机系统电路仿真、实时仿真与实时 控制，计算快、精确高、不占用存储空间，对开关磁阻电机平均转矩的模拟误差在0.34%以 内，对开关磁阻电机转速的模拟误差在0.09%以内。为开关磁阻电机系统输出转矩消脉动、 无位置传感器控制打下了基础，具有重要的理论价值和广阔的产业化应用前景。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的开关磁阻电机相绕组模拟器电路图。
[0012] 图2是本发明的开关磁阻电机相绕组模拟器所复现的开关磁阻电机相电压UA'、相 电流iA'和磁链Φα'波形。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
[0014]如图1所示，开关磁阻电机模拟方法，包括采用开关磁阻电机相绕组模拟器，开关 磁阻电机相绕组模拟器采用三只运算放大器U1、U2和U3，三只电流传输器U4、U5和U6，电感 倒数模块，一只乘法器U7-AD633,九只电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R<^PRsJP-HigCi， 输入端口为A和B;
[0015] 将输入端口A通过电阻RS分别与运算放大器U1的同相输入端口 +和电流传输器U4 的端口z相连接，输入端□B分别与电流传输器U5的端口z和电流传输器U6的端口y相连接， 运算放大器U1的输出端口 0分别与运算放大器U1的反相输入端口-和电阻Ri的一端相连，电 阻心的另一端分别与运算放大器U2的反相输入端口-和电阻R3的一端相连接，运算放大器U2 的同相输入端口 +分别与电阻R2和电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端接地，电阻R2的另 一端与电流传