本發(fā)明涉及雙轉(zhuǎn)子電機的控制算法，具體涉及一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制方法。

背景技術(shù)：

雙轉(zhuǎn)子電機是一種新型結(jié)構(gòu)的電機，通過增加轉(zhuǎn)子數(shù)目，實現(xiàn)了雙機械和雙電氣端口，用一個電機替代原來復雜的電氣傳動系統(tǒng)，大大簡化了傳動鏈的體積和質(zhì)量，在混合動力汽車和風力發(fā)電中有著良好的應(yīng)用前景。專利號為“cn104377921a”的專利公開了一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明的研究基礎(chǔ)。永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機作為雙轉(zhuǎn)子電機的一種，內(nèi)電機形式上為永磁電機，延續(xù)了永磁電機的高功率密度的優(yōu)點；外電機形式上為磁阻電機，繼承了磁阻電機的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍廣的優(yōu)點。內(nèi)外電機的結(jié)合構(gòu)成了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機，有效地結(jié)合了內(nèi)外電機的優(yōu)點，且保證了緊湊的結(jié)構(gòu)，具有較大的開發(fā)應(yīng)用潛力。

永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機在結(jié)構(gòu)上可以看作一個永磁電機和磁阻電機的疊加，但是定子繞組產(chǎn)生的磁通可以穿過內(nèi)外氣隙與內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組匝鏈，內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁通同樣可以穿過內(nèi)外氣隙與定子繞組匝鏈，使得內(nèi)外兩個電機存在電磁耦合，內(nèi)外電機不能得到像兩個獨立電機一樣的控制性能，影響了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的控制性能，阻礙了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的進一步應(yīng)用，且眾多對雙轉(zhuǎn)子電機的研究都集中在結(jié)構(gòu)上的改進設(shè)計，關(guān)于雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制卻很少涉及，針對永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制的研究更是很少。

專利號“cn103213580a”的專利公開了“電動汽車用雙轉(zhuǎn)子電機的控制方法和相關(guān)行星齒輪無級變速系統(tǒng)的控制方法”，僅僅公開了雙轉(zhuǎn)子電機最佳轉(zhuǎn)矩和最佳轉(zhuǎn)速的計算方法，并未對雙轉(zhuǎn)子電機的具體控制方法進行表述；專利號“cn103023021a”的專利公開了“雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的非線性功率解耦控制方法”，解決了雙饋風力發(fā)電控制系統(tǒng)中動態(tài)功率不解耦的問題，由于雙饋風力發(fā)電機本質(zhì)上是基于感應(yīng)電機原理，這種解耦控制方法不能解決永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機這種同時基于磁阻原理和感應(yīng)電機原理的雙轉(zhuǎn)子電機的耦合問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)外電機之間的電磁耦合給電機帶來的控制劣勢，本發(fā)明提供了一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制算法，對解耦后的內(nèi)外電機進行獨立控制，在不同工況下發(fā)動機都能穩(wěn)定運行在燃油經(jīng)濟指標高效區(qū)，對永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的進一步應(yīng)用有較好的促進作用。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制方法，包括以下步驟：

s1：通過內(nèi)轉(zhuǎn)子目標轉(zhuǎn)速外轉(zhuǎn)子目標轉(zhuǎn)速反饋得到的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω1、反饋得到的外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω2和負載轉(zhuǎn)矩tload確定內(nèi)電機和外電機的目標電磁轉(zhuǎn)矩

s2：通過解耦控制方程確定不同位置的外電機定子目標直軸電流定子目標交軸電流內(nèi)轉(zhuǎn)子目標直軸電流和內(nèi)轉(zhuǎn)子目標交軸電流

s3：利用傳感器采集內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組三相電流及定子三相繞組電流，然后將采集到的內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組三相電流利用變換矩陣c1變換為dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流id和iq，將采集到的定子三相繞組電流利用變換矩陣c2變換為dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的id和iq，將id、iq、id和iq分別與目標和進行比較，比較的結(jié)果分別經(jīng)過第一pi控制器、第二pi控制器、第三pi控制器和第四pi控制器調(diào)制，得到內(nèi)轉(zhuǎn)子d軸目標電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標電壓定子d軸目標電壓和定子q軸目標電壓

s4：將內(nèi)轉(zhuǎn)子d軸目標電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標電壓通過變換矩陣c1逆變換為內(nèi)電機三相目標電壓和將定子d軸目標電壓定子q軸目標電壓通過變換矩陣c2逆變換為外電機三相目標電壓和并以此產(chǎn)生相應(yīng)的pwm控制信號，將pwm控制信號傳遞給內(nèi)電機的三相全橋驅(qū)動電路和外電機的三相h橋驅(qū)動電路，驅(qū)動控制永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的運行；

s5：將傳感器采集的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子電流信號反饋至s1，用轉(zhuǎn)速測量傳感器采集內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速并反饋至s3；

s6：重復s1-s5的控制過程，直到達到控制目標。

進一步地，s2中所述的解耦控制方程為：

其中，mdd為內(nèi)電機d軸繞組對外電機d軸繞組的互感，mqq為內(nèi)電機q軸繞組對外電機q軸繞組的互感，λpd為永磁體與內(nèi)電機d軸繞組交鏈的磁鏈，λpd為永磁體與外電機d軸繞組交鏈的磁鏈，rem()為取余函數(shù)。

進一步地，所述變換矩陣c1為：

其中θ1為內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差引起的電角度差。

進一步地，所述變換矩陣c2為兩個變換矩陣c3和c4的乘積，即c2＝c3c4，外電機定子三相的電磁參數(shù)首先分別通過變換矩陣c3變換為以4倍于外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的d'q'旋轉(zhuǎn)坐標系下對應(yīng)的量，然后分別通過變換矩陣c4變換為與外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同的dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的對應(yīng)的量，其中變換矩陣c3與c4分別為：

其中θ2為外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電角度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過對永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機電磁特性的研究，對內(nèi)電機電磁參數(shù)進行坐標變換，對外電機電磁參數(shù)以及內(nèi)外電機耦合參數(shù)進行兩步的混合坐標變換，實現(xiàn)內(nèi)外電機電磁參數(shù)的解耦，對解耦后的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)外電機分別實行控制策略，從而可以對內(nèi)外電機進行分別控制，提出針對內(nèi)外電機獨立的控制方法，使永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的工作模式跟隨動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求而變化，在不同工況下發(fā)動機都能穩(wěn)定運行在燃油經(jīng)濟指標高效區(qū)，簡化了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的控制方法，提高了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的控制性能，對永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的進一步應(yīng)用具有較大的參考價值和促進作用。

附圖說明

圖1為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制算法結(jié)構(gòu)圖；

圖2為永磁磁阻雙轉(zhuǎn)子電機電磁參數(shù)坐標系變換的原理圖；

圖3為內(nèi)電機解耦前的電感；

圖4為內(nèi)電機解耦后的電感；

圖5為外電機解耦前的電感；

圖6為外電機解耦后的電感；

圖7為內(nèi)電機和外電機解耦前的互感；

圖8為內(nèi)電機和外電機解耦后的互感。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：

一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的解耦控制方法，其控制步驟結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，具體控制步驟如下：

s1:通過內(nèi)轉(zhuǎn)子目標轉(zhuǎn)速外轉(zhuǎn)子目標轉(zhuǎn)速反饋得到的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω1、反饋得到的外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω2和負載轉(zhuǎn)矩tload確定內(nèi)電機和外電機的目標電磁轉(zhuǎn)矩

s2:由以下解耦控制方程確定不同位置的外電機定子目標直軸電流定子目標交軸電流內(nèi)轉(zhuǎn)子目標直軸電流和內(nèi)轉(zhuǎn)子目標交軸電流

其中，mdd為內(nèi)電機d軸繞組對外電機d軸繞組的互感，mqq為內(nèi)電機q軸繞組對外電機q軸繞組的互感，λpd為永磁體與內(nèi)電機d軸繞組交鏈的磁鏈，λpd為永磁體與外電機d軸繞組交鏈的磁鏈，rem()為取余函數(shù)。

s3:將傳感器采集到的內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組三相電流利用變換矩陣c1變換為dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流id和iq，將定子三相繞組電流利用變換矩陣c2變換為dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的id和iq，將id、iq、id和iq分別與目標和進行比較，比較的結(jié)果分別經(jīng)過pi控制器1、pi控制器2、pi控制器3和pi控制器4調(diào)制，得到內(nèi)轉(zhuǎn)子d軸目標電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標電壓定子d軸目標電壓和定子q軸目標電壓

s4:將內(nèi)轉(zhuǎn)子d軸目標電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標電壓通過變換矩陣c1逆變換為內(nèi)電機三相目標電壓和定子d軸目標電壓定子q軸目標電壓通過變換矩陣c2逆變換為外電機三相目標電壓和并以此產(chǎn)生相應(yīng)的pwm控制信號，將pwm控制信號傳遞給內(nèi)電機的三相全橋驅(qū)動電路和外電機的三相h橋驅(qū)動電路，驅(qū)動控制永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的運行。

s5:將傳感器采集的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子電流信號進行反饋，用轉(zhuǎn)速測量傳感器采集內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速并進行反饋。重復上述控制過程，直到達到控制目標。

圖2為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機坐標變換的原理圖，a、b、c為定子三相繞組，a、b、c為內(nèi)轉(zhuǎn)子三相繞組。內(nèi)電機電磁參數(shù)通過變換矩陣c1將內(nèi)電機三相靜止坐標系下的電磁參數(shù)變換為與外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同的dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的電磁參數(shù)，變換矩陣c1為：

其中θ1為內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差引起的電角度差。

內(nèi)電機定子三相繞組電感變換前和利用變換矩陣c1變換后分別如圖3和圖4所示。

外電機電磁參數(shù)坐標變換矩陣c2為兩個變換矩陣c3和c4的乘積，即c2＝c3c4。外電機定子三相的電磁參數(shù)首先分別通過變換矩陣c3變換為以4倍于外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的d'q'旋轉(zhuǎn)坐標系下對應(yīng)的量，然后分別通過變換矩陣c4變換為與外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同的dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的對應(yīng)的量。其中變換矩陣c3與c4分別為：

其中θ2為外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電角度。

外電機定子三相繞組電感變換前和利用變換矩陣c2變換后分別如圖5和圖6所示。

內(nèi)電機和外電機三相繞組互感變換前和利用變換矩陣變換后分別如圖7和圖8所示，圖7中僅給出了外電機定子a相繞組對內(nèi)電機a、b、c三相繞組的互感。