專利名稱：開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法，屬于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)控制的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制通常分為三種電流斬波控制、電壓PWM控制和角度位置控制。
①目前，國內(nèi)外學(xué)者對于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)角度控制的研究主要集中在通過仿真和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化開通關(guān)斷角度以獲得最大輸出功率上，這種優(yōu)化方法較依賴經(jīng)驗(yàn)積累和實(shí)踐，在一定程度上缺乏理論依據(jù)。
②傳統(tǒng)的角度優(yōu)化方法需要進(jìn)行多次仿真和實(shí)驗(yàn)來獲得結(jié)果，過程復(fù)雜，工作量大。
③傳統(tǒng)的角度優(yōu)化方法的結(jié)論只對進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)的電機(jī)對象成立，不具備通用性，當(dāng)電機(jī)對象改變，需要重新進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)。
④傳統(tǒng)的角度優(yōu)化方法的結(jié)果隨仿真條件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化而變化，且其精度受仿真和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法，其特征在于包括如下步驟 1)初始化所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相電感L和關(guān)斷角； 2)合理的開通角增量Δθon使得開通角處于步驟1所述相電感L的上升段即滿足Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]，且使得開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相磁鏈在相電感L最小段下降到零即滿足Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]，如果上述兩個(gè)區(qū)間存在交集，則步驟1所述關(guān)斷角合理進(jìn)入步驟3；否則當(dāng)條件a)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＜θ2-θ4+θ1或條件b)2θ3-θ6＞θ1，則關(guān)斷角不合理，返回步驟1重新初始化關(guān)斷角，其中θ1為相電感L的第一轉(zhuǎn)折角，θ2為相電感L的第二轉(zhuǎn)折角，θ4為相電感L的第三轉(zhuǎn)折角，θ6為相電感L的第四轉(zhuǎn)折角，θ3為初始化的關(guān)斷角，下同； 3)求取開通角增量Δθon的取值范圍[X1，X2] 當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4≥θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[2θ3-θ6，θ1]； 當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4＜θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]； 當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ4≤θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[θ2-θ4+θ1，2θ3-θ4]； 當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＞θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]， 其中X1為開通角增量Δθon的取值范圍的左端點(diǎn)，X2為開通角增量Δθon的取值范圍的右端點(diǎn)； 4)將所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)置于自勵(lì)模式下，得到開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的平均電磁功率其中m為開關(guān)磁阻電機(jī)的相數(shù)，θr為轉(zhuǎn)子一個(gè)周期轉(zhuǎn)過的角度，F(xiàn)()為單變量函數(shù)，F(xiàn)(Δθon)為開通角增量Δθon的單變量函數(shù)，Uc為所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)電電容兩端的電壓，ω為轉(zhuǎn)子角速度，K為相電感L斜率的絕對值； 5)當(dāng)F(X1)≥F(X2)，則最優(yōu)開通角增量θ＝X1，否則最優(yōu)開通角增量θ＝X2； 6)將步驟5所述最優(yōu)開通角增量θ轉(zhuǎn)化為開關(guān)磁阻電機(jī)的常用坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)子極與定子槽軸線對齊位置定義為零度的坐標(biāo)系下的最優(yōu)開通角θon， 本發(fā)明方法具有以下特點(diǎn)①本優(yōu)化方法的結(jié)論基于理論推導(dǎo)，為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)開通角度的優(yōu)化提供了一定的理論基礎(chǔ)；②本優(yōu)化方法只需輸入初始條件便可由計(jì)算機(jī)求解結(jié)果，無需通過多次仿真和實(shí)驗(yàn)，大大減少了工作量；③本優(yōu)化方法通用性好，對于不同的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，程序主體不變，只需改變輸入的初始條件，即可得出相應(yīng)的結(jié)論。④本優(yōu)化方法的結(jié)果不隨仿真條件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化而變化，且其精度不受仿真和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制。
總的來說，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法是一種基于理論推導(dǎo)，優(yōu)化過程簡單，通用性好的優(yōu)化方法。



圖1為本發(fā)明的主流程圖； 圖2為本發(fā)明步驟2、3流程圖； 圖3為本發(fā)明初始化的變量示意圖，圖中標(biāo)號θ1、θ2、θ4、θ6為電感的形狀參數(shù)；θ3為初始化的關(guān)斷角；θ5為磁鏈下降到零所對應(yīng)的角度，在自勵(lì)模式下，θ5＝2θ3；Lmax為相電感最大值；K為相電感斜率的絕對值，K＝(Lmax-Lmin)/(θ4-θ2)，其中Lmin為相電感最小值；； 圖4為本發(fā)明步驟5所述F(Δθon)的二階導(dǎo)數(shù)和開通角增量Δθon軸的交點(diǎn)D與開通角增量變化區(qū)間的關(guān)系示意圖，D永遠(yuǎn)在開通角增量變化區(qū)間的左邊。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明所述方法分為以下步驟1.初始化電感參數(shù)Lmax，K，θ1、θ2、θ4、θ6和關(guān)斷角θ3，注意坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)處于電感上升段且關(guān)斷角應(yīng)處于電感下降段(見附圖3)。2.判斷初始化是否合理，合理則計(jì)算開通角增量的范圍，否則回到步驟1，重新初始化，本步的流程見附圖2。3.計(jì)算F(X1)、F(X2)。4.求解最大平均電磁功率對應(yīng)的開通角增量。F(Δθon)的二階導(dǎo)數(shù)在開通角增量的變化區(qū)間上恒正(見附圖4)，比較區(qū)間兩端點(diǎn)即可求出最優(yōu)開通角增量。5.定義轉(zhuǎn)子極與定子槽軸線對齊的位置為零度，將求得的開通角增量轉(zhuǎn)化為該定義下的開通角度數(shù)。
下面結(jié)合附圖1至附圖4對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明 本發(fā)明開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法，其特征在于包括如下步驟 1)初始化所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相電感L和關(guān)斷角； 2)合理的開通角增量Δθon使得開通角處于步驟1所述相電感L的上升段即滿足Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]，且使得開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相磁鏈在相電感L最小段下降到零即滿足Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]，如果上述兩個(gè)區(qū)間存在交集，則步驟1所述關(guān)斷角合理進(jìn)入步驟3；否則當(dāng)條件a)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＜θ2-θ4+θ1或條件b)2θ3-θ6＞θ1，則關(guān)斷角不合理，返回步驟1重新初始化關(guān)斷角，其中θ1為相電感L的第一轉(zhuǎn)折角，θ2為相電感L的第二轉(zhuǎn)折角，θ4為相電感L的第三轉(zhuǎn)折角，θ6為相電感L的第四轉(zhuǎn)折角，θ3為初始化的關(guān)斷角，下同； 3)求取開通角增量Δθon的取值范圍[X1，X2] 當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4≥θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[2θ3-θ6，θ1]； 當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4＜θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]； 當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ4≤θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[θ2-θ4+θ1，2θ3-θ4]； 當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＞θ1，Δθon的取值范圍為 Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]， 其中X1為開通角增量Δθon的取值范圍的左端點(diǎn)，X2為開通角增量Δθon的取值范圍的右端點(diǎn)； 4)將所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)置于自勵(lì)模式下，得到開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的平均電磁功率 其中M1＝Lmax/K-θ1，M2＝Lmax/K+θ2，θ3為初始化的關(guān)斷角，m為開關(guān)磁阻電機(jī)的相數(shù)，θr為轉(zhuǎn)子一個(gè)周期轉(zhuǎn)過的角度，Uc為所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)電電容兩端的電壓，ω為轉(zhuǎn)子角速度，K為相電感L斜率的絕對值。上式中括號外的式子與開通角無關(guān)，把中括號內(nèi)式子里所有θn項(xiàng)用(θn-Δθon)來代替，其中n＝1，2，3，4，Δθon為開通角增量，并將其化簡得 其中 C為與Δθon無關(guān)的常數(shù)， 求二階導(dǎo)數(shù)得 該函數(shù)為二四象限的雙曲線先左移再上移的右半分支。它與Δθon軸交點(diǎn)為 D＝θ1+θ2-θ4。
5)當(dāng)F(X1)≥F(X2)，則最優(yōu)開通角增量θ＝X1，否則最優(yōu)開通角增量θ＝X2； 6)將步驟5所述最優(yōu)開通角增量θ轉(zhuǎn)化為開關(guān)磁阻電機(jī)的常用坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)子極與定子槽軸線對齊位置定義為零度的坐標(biāo)系下的最優(yōu)開通角θon， 本發(fā)明的工作原理是采用變量分離法求解開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相繞組電壓方程得到瞬時(shí)相電流表達(dá)式，進(jìn)而得到瞬時(shí)電磁功率表達(dá)式，通過對瞬時(shí)電磁功率積分可以得出一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的平均電磁功率表達(dá)式。將平均電磁功率表達(dá)式中只與開通關(guān)斷角有關(guān)的因式分離出來單獨(dú)研究，若固定關(guān)斷角，那么它為開通角增量的單變量函數(shù)。根據(jù)其二階導(dǎo)數(shù)的恒正特性，比較區(qū)間兩端點(diǎn)得出最優(yōu)開通角增量，進(jìn)而得出最優(yōu)開通角。
權(quán)利要求
1、一種開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法，其特征在于包括如下步驟
1)初始化所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相電感L和關(guān)斷角；
2)合理的開通角增量Δθon使得開通角處于步驟1所述相電感L的上升段即滿足Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]，且使得開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相磁鏈在相電感L最小段下降到零即滿足Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]，如果上述兩個(gè)區(qū)間存在交集，則步驟1所述關(guān)斷角合理進(jìn)入步驟3；否則當(dāng)條件a)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＜θ2-θ4+θ1或條件b)2θ3-θ6＞θ1，則關(guān)斷角不合理，返回步驟1重新初始化關(guān)斷角，其中θ1為相電感L的第一轉(zhuǎn)折角，θ2為相電感L的第二轉(zhuǎn)折角，θ4為相電感L的第三轉(zhuǎn)折角，θ6為相電感L的第四轉(zhuǎn)折角，θ3為初始化的關(guān)斷角，下同；
3)求取開通角增量Δθon的取值范圍[X1，X2]
當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4≥θ1，Δθon的取值范圍為
Δθon∈[2θ3-θ6，θ1]；
當(dāng)θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ6≤θ1且2θ3-θ4＜θ1，Δθon的取值范圍為
Δθon∈[2θ3-θ6，2θ3-θ4]；
當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且θ2-θ4+θ1≤2θ3-θ4≤θ1，Δθon的取值范圍為
Δθon∈[θ2-θ4+θ1，2θ3-θ4]；
當(dāng)2θ3-θ6＜θ2-θ4+θ1且2θ3-θ4＞θ1，Δθon的取值范圍為
Δθon∈[θ2-θ4+θ1，θ1]，
其中X1為開通角增量Δθon的取值范圍的左端點(diǎn)，X2為開通角增量Δθon的取值范圍的右端點(diǎn)；
4)將所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)置于自勵(lì)模式下，得到開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的平均電磁功率其中m為開關(guān)磁阻電機(jī)的相數(shù)，θr為轉(zhuǎn)子一個(gè)周期轉(zhuǎn)過的角度，F(xiàn)()為單變量函數(shù)，F(xiàn)(Δθon)為開通角增量Δθon的單變量函數(shù)，Uc為所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)電電容兩端的電壓，ω為轉(zhuǎn)子角速度，K為相電感L斜率的絕對值；
5)當(dāng)F(X1)≥F(X2)，則最優(yōu)開通角增量θ＝X1，否則最優(yōu)開通角增量θ＝X2；
6)將步驟5所述最優(yōu)開通角增量θ轉(zhuǎn)化為開關(guān)磁阻電機(jī)的常用坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)子極與定子槽軸線對齊位置定義為零度的坐標(biāo)系下的最優(yōu)開通角θon，
全文摘要
本發(fā)明公布了一種開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)固定關(guān)斷角優(yōu)化開通角的方法，屬于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)控制的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明1.首先根據(jù)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的電壓方程推導(dǎo)相電流表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上積分求出一個(gè)周期內(nèi)的平均電磁功率表達(dá)式，并從中分離出只與開通關(guān)斷角度相關(guān)的因式。2.然后固定關(guān)斷角，開通角在合理范圍內(nèi)變化，將該因式看成開通角的單變量函數(shù)，根據(jù)其高階導(dǎo)數(shù)的特性求解其最大值對應(yīng)的開通角。本發(fā)明基于理論，簡單易行，通用性好。
文檔編號H02P9/00GK101582670SQ200910027840
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者瑱 姚, 鄧智泉, 鑫 曹, 駿 蔡, 錚 莊 申請人:南京航空航天大學(xué)