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

背景技術(shù)：

雙轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，通過(guò)增加轉(zhuǎn)子數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)械和雙電氣端口，用一個(gè)電機(jī)替代原來(lái)復(fù)雜的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈的體積和質(zhì)量，在混合動(dòng)力汽車和風(fēng)力發(fā)電中有著良好的應(yīng)用前景。專利號(hào)為“cn104377921a”的專利公開了一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)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(jī)作為雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的一種，內(nèi)電機(jī)形式上為永磁電機(jī)，延續(xù)了永磁電機(jī)的高功率密度的優(yōu)點(diǎn)；外電機(jī)形式上為磁阻電機(jī)，繼承了磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)外電機(jī)的結(jié)合構(gòu)成了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，有效地結(jié)合了內(nèi)外電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)在結(jié)構(gòu)上可以看作一個(gè)永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)的疊加，但是定子繞組產(chǎn)生的磁通可以穿過(guò)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(guò)內(nèi)外氣隙與定子繞組匝鏈，使得內(nèi)外兩個(gè)電機(jī)存在電磁耦合，內(nèi)外電機(jī)不能得到像兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)一樣的控制性能，影響了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制性能，阻礙了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用，且眾多對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的研究都集中在結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)，關(guān)于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的解耦控制卻很少涉及，針對(duì)永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的解耦控制的研究更是很少。

專利號(hào)“cn103213580a”的專利公開了“電動(dòng)汽車用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制方法和相關(guān)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的控制方法”，僅僅公開了雙轉(zhuǎn)子電機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩和最佳轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法，并未對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的具體控制方法進(jìn)行表述；專利號(hào)“cn103023021a”的專利公開了“雙饋風(fēng)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(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)功率不解耦的問(wèn)題，由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是基于感應(yīng)電機(jī)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(jī)這種同時(shí)基于磁阻原理和感應(yīng)電機(jī)原理的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的耦合問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)之間的電磁耦合給電機(jī)帶來(lái)的控制劣勢(shì)，本發(fā)明提供了一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的解耦控制算法，對(duì)解耦后的內(nèi)外電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制，在不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)都能穩(wěn)定運(yùn)行在燃油經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高效區(qū)，對(duì)永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用有較好的促進(jìn)作用。

為達(dá)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(jī)的解耦控制方法，包括以下步驟：

s1：通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)轉(zhuǎn)速外轉(zhuǎn)子目標(biāo)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(fù)載轉(zhuǎn)矩tload確定內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩

s2：通過(guò)解耦控制方程確定不同位置的外電機(jī)定子目標(biāo)直軸電流定子目標(biāo)交軸電流內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)直軸電流和內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)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(biāo)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(biāo)系下的id和iq，將id、iq、id和iq分別與目標(biāo)和進(jìn)行比較，比較的結(jié)果分別經(jīng)過(guò)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(biāo)電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標(biāo)電壓定子d軸目標(biāo)電壓和定子q軸目標(biāo)電壓

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

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

s6：重復(fù)s1-s5的控制過(guò)程，直到達(dá)到控制目標(biāo)。

進(jìn)一步地，s2中所述的解耦控制方程為：

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

進(jìn)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(jìn)一步地，所述變換矩陣c2為兩個(gè)變換矩陣c3和c4的乘積，即c2＝c3c4，外電機(jī)定子三相的電磁參數(shù)首先分別通過(guò)變換矩陣c3變換為以4倍于外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的d'q'旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的量，然后分別通過(guò)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(biāo)系下的對(duì)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(dòng)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(guò)對(duì)永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)電磁特性的研究，對(duì)內(nèi)電機(jī)電磁參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，對(duì)外電機(jī)電磁參數(shù)以及內(nèi)外電機(jī)耦合參數(shù)進(jìn)行兩步的混合坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外電機(jī)電磁參數(shù)的解耦，對(duì)解耦后的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)外電機(jī)分別實(shí)行控制策略，從而可以對(duì)內(nèi)外電機(jī)進(jìn)行分別控制，提出針對(duì)內(nèi)外電機(jī)獨(dú)立的控制方法，使永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作模式跟隨動(dòng)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(dòng)機(jī)都能穩(wěn)定運(yùn)行在燃油經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高效區(qū)，簡(jiǎn)化了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制方法，提高了永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的控制性能，對(duì)永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用具有較大的參考價(jià)值和促進(jìn)作用。

附圖說(shuō)明

圖1為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)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(jī)電磁參數(shù)坐標(biāo)系變換的原理圖；

圖3為內(nèi)電機(jī)解耦前的電感；

圖4為內(nèi)電機(jī)解耦后的電感；

圖5為外電機(jī)解耦前的電感；

圖6為外電機(jī)解耦后的電感；

圖7為內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)解耦前的互感；

圖8為內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)解耦后的互感。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)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(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)轉(zhuǎn)速外轉(zhuǎn)子目標(biāo)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(fù)載轉(zhuǎn)矩tload確定內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)的目標(biāo)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(jī)定子目標(biāo)直軸電流定子目標(biāo)交軸電流內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)直軸電流和內(nèi)轉(zhuǎn)子目標(biāo)交軸電流

其中，mdd為內(nèi)電機(jī)d軸繞組對(duì)外電機(jī)d軸繞組的互感，mqq為內(nèi)電機(jī)q軸繞組對(duì)外電機(jī)q軸繞組的互感，λpd為永磁體與內(nèi)電機(jī)d軸繞組交鏈的磁鏈，λpd為永磁體與外電機(jī)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(biāo)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(biāo)系下的id和iq，將id、iq、id和iq分別與目標(biāo)和進(jìn)行比較，比較的結(jié)果分別經(jīng)過(guò)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(biāo)電壓內(nèi)轉(zhuǎn)子q軸目標(biāo)電壓定子d軸目標(biāo)電壓和定子q軸目標(biāo)電壓

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

s5:將傳感器采集的永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子電流信號(hào)進(jìn)行反饋，用轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器采集內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速并進(jìn)行反饋。重復(fù)上述控制過(guò)程，直到達(dá)到控制目標(biāo)。

圖2為永磁磁阻型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)坐標(biāo)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(jī)電磁參數(shù)通過(guò)變換矩陣c1將內(nèi)電機(jī)三相靜止坐標(biāo)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(biāo)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(jī)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(jī)電磁參數(shù)坐標(biāo)變換矩陣c2為兩個(gè)變換矩陣c3和c4的乘積，即c2＝c3c4。外電機(jī)定子三相的電磁參數(shù)首先分別通過(guò)變換矩陣c3變換為以4倍于外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的d'q'旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的量，然后分別通過(guò)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(biāo)系下的對(duì)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(dòng)的電角度。

外電機(jī)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(jī)和外電機(jī)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(jī)定子a相繞組對(duì)內(nèi)電機(jī)a、b、c三相繞組的互感。