开关磁阻电机控制方法、控制装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及开关磁阻电机技术领域，特别涉及一种开关磁阻电机控制方法、控制装置、电子设备及存储介质。

背景技术

开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、起动转矩大、制造成本低、调速范围宽、可靠性和效率高等优点，在矿山机械、油田抽油机、风力发电、电动汽车等领域得到越来越广泛的应用。

然而，开关磁阻电机的双凸极结构、电磁特性的高度非线性和强耦合性，导致其运行时尤其是低速运行时转矩脉动较大。特别是直驱开关磁阻电机应用在新能源重卡上时，开关磁阻电机的电机轴直接连接到汽车后桥上，可以提高整车续航能力和可靠性，但该连接方式需要开关磁阻电机输出的转矩更大，这样就进一步导致汽车重载启动时，在低转速下因开关磁阻电机的转矩脉动大而出现抖动。

发明内容

为了解决低转速运行状态下开关磁阻电机转矩脉动大的问题，本申请提供了一种开关磁阻电机控制方法、开关磁阻电机控制装置、电子设备及计算机可读存储介质。

根据本申请实施例的一方面，公开了一种开关磁阻电机控制方法，所述开关磁阻电机控制方法包括：

获取开关磁阻电机的转子的基准位置；

计算所述开关磁阻电机的转子的当前位置相对于所述基准位置的位置偏离量，并对所述位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，所述相电流调整值用于抵消所述位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分；

根据所述相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流；

根据所述调整后的相电流，对所述开关磁阻电机进行驱动。

在一种示例性实施例中，所述获取开关磁阻电机的转子的基准位置，包括：

获取随所述开关磁阻电机的转子的转动，所述开关磁阻电机的绕组电感变化率最大的转子位置；

将所述绕组电感变化率最大的转子位置作为所述基准位置。

在一种示例性实施例中，所述基准相电流为：

在固定转矩下，所述开关磁阻电机的绕组电感变化率最大时对应的相电流；所述转矩与所述绕组电感变化率、相电流呈正相关。

在一种示例性实施例中，所述对所述位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，包括：

获取所述开关磁阻电机的绕组电感的最大值和最小值以及所述绕组电感变化率最大时对应的转子位置区间；

根据所述绕组电感的最大值和最小值及所述位置区间的两端值的差值，获得电流调整比例上限值，所述电流调整比例用于指示所述调整后的相电流与所述基准相电流之间的倍数关系；

根据所述电流调整比例上限值和所述转子的最大位置偏离量，获得相电流调整参数；

基于所述相电流调整参数、所述位置偏离量及所述基准相电流，获得相电流调整值。

在一种示例性实施例中，所述根据所述绕组电感的最大值和最小值及所述位置区间的两端值的差值，获得电流调整比例上限值，包括：

根据关系式

其中，Ki表示所述电流调整比例上限值，L

在一种示例性实施例中，所述根据所述电流调整比例上限值和所述转子的最大位置偏离量，获得相电流调整参数，包括：

根据关系式

其中，θ

所述基于所述相电流调整参数、所述位置偏离量及所述基准相电流，获得相电流调整值，包括：

根据关系式

其中，Δi表示所述相电流调整值，Δθ表示所述位置偏离量，θ

所述根据所述相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流，包括：

根据关系式i

其中，i

在一种示例性实施例中，所述开关磁阻电机包括定子和可转动地设置在所述定子内的所述转子，所述定子的内壁上间距设有多个第一凸极，所述第一凸极分别设置有绕组，所述多个第一凸极上的绕组构成三相绕组，所述转子的外壁上间距设有多个第二凸极。

根据本申请实施例的一方面，公开了一种开关磁阻电机控制装置，所述开关磁阻电机控制装置包括：

信息获取模块，用于获取开关磁阻电机的转子的基准位置；

调整值计算模块，用于计算所述开关磁阻电机的转子的当前位置相对于所述基准位置的位置偏离量，并对所述位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，所述相电流调整值用于抵消所述位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分；

相电流确定模块，用于根据所述相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流；

控制模块，用于根据所述调整后的相电流，对所述开关磁阻电机进行驱动。

根据本申请实施例的一方面，公开了一种电子设备，包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述处理器实现前述的开关磁阻电机控制方法。

根据本申请实施例的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使所述计算机执行前述的开关磁阻电机控制方法。

本申请的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本申请提供的技术方案，设置转子的基准位置和基准相电流，通过计算转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量，对位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，再根据相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流，然后根据调整后的相电流，对开关磁阻电机进行驱动。本申请利用相电流调整值抵消转子的位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分，从而抑制开关磁阻电机的转矩脉动。将本申请应用在新能源重卡直驱系统中时，可以明显减小汽车的启动抖动。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并于说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是一种示例性实施例示出的开关磁阻电机的示意图。

图2是开关磁阻电机的绕组电感与转子位置的关系曲线图。

图3是一种示例性实施例示出的开关磁阻电机控制方法的流程图。

图4是图3中步骤S101的细节流程图。

图5是图3中步骤S102的细节流程图。

图6是另一种示例性实施例示出的开关磁阻电机控制方法的流程图。

图7是一种示例性实施例相电流调整前后的曲线图。

图8是一种示例性实施例调整相电流前后转矩与转子位置的关系曲线图。

图9是一种示例性实施例示出的开关磁阻电机控制装置的组成框图。

图10是一种示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

图11是一种示例性实施例示出的一种计算机系统的框图。

附图标记说明如下：

100、开关磁阻电机；1、定子；11、第一凸极；2、转子；21、第二凸极；200、开关磁阻电机控制装置；210、信息获取模块；220、调整值计算模块；230、相电流确定模块；240、控制模块；300、电子设备；301、处理器；302、存储器；400、计算机系统；401、CPU；402、ROM；403、存储部分；404、RAM；405、总线；406、I/O接口；407、输入部分；408、输出部分；409、通信部分；410、驱动器；411、可拆卸介质。

具体实施方式

尽管本申请可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本申请原理的示范性说明，而并非旨在将本申请限制到在此所说明的那样。

此外，本申请的描述中所提到的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或模块，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。

需要说明的是，本申请实施例中，“示例性”或者“例如”或者“举例地”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性”或者“例如”或者“举例地”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性”或者“例如”或者“举例地”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

以下将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如发明内容中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请先参阅图1所示，开关磁阻电机100包括定子1和设置在定子1内的转子2，定子1的内壁上间距设有多个第一凸极11，第一凸极11分别设置有用于提供工作磁场的绕组(图未示)，转子2的外壁上间距设有多个第二凸极21。转子2与定子1之间具有缝隙，转子2可在定子1内自由转动，在转子2的转动过程，绕组电感随转子2的位置变化而发生变化，进而导致产生的磁场强度发生变化，最终导致开关磁阻电机100转矩的变化。

在图1所示实施例中，定子1设有12个凸极11，转子2设有8个凸极21，多个凸极11上的绕组构成三相绕组。当然，凸极11和凸极21的数目不限于图1所示实施例中的数目，例如，定子1设有6个凸极11，转子2设有4个凸极21。

开关磁阻电机在低转速运行状态下，换相频率非常低，参考开关磁阻电机的静态转矩与相电流和绕组电感的变化率关系式

图2示出了绕组电感与转子位置的关系曲线图，如图2所示，转子转动不同角度后，绕组电感的大小不同。具体地，θ

基于绕组电感与转子位置的关系以及转矩与绕组电感和相电流的关系，本申请实施例的开关磁阻电机控制方法，设置转子的基准位置和基准相电流，通过计算转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量，对位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，再根据相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流，然后根据调整后的相电流，对开关磁阻电机进行驱动。本申请利用相电流调整值抵消转子的位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分，从而抑制开关磁阻电机的转矩脉动。将本申请应用在新能源重卡直驱系统中时，可以明显减小汽车的启动抖动。

在一个示例性实施例中，如图3所示，本申请的开关磁阻电机控制方法包括信息获取步骤、调整值计算步骤、相电流确定步骤以及驱动控制步骤，分别对应于以下步骤S101～步骤S104。

S101，获取开关磁阻电机的转子的基准位置。

详细地，可以是以绕组电感变化率最大的转子位置作为基准位置，也可以是以绕组电感变化率最大的转子位置以外的其它转子位置作为基准位置。

在一个示例性实施例中，是以绕组电感变化率最大的转子位置作为基准位置，如图4所示，在该一个示例性实施例中，步骤S101包括以下步骤S1011～步骤S1012。

S1011，获取随开关磁阻电机的转子的转动，开关磁阻电机的绕组电感变化率最大的转子位置。

S1012，将绕组电感变化率最大的转子位置作为基准位置。

根据转矩与相电流和绕组电感的变化率关系式

可以理解地，若一些实施例中以绕组电感变化率最小的转子位置作为基准位置，在固定转矩T的情况下，此时对应的相电流i最大，通过后续步骤S102确定的相电流调整值即为需要在基准相电流的基础上减小的电流值。

S102，计算开关磁阻电机的转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量，并对位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值。

其中，相电流调整值用于抵消位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分，在最佳情况下，相电流调整值刚好抵消位置偏离量引起的转矩脉动量，使得转矩保持为一恒定值。

在一个示例性实施例中，如图5所示，步骤S102包括以下步骤S1021～步骤S1025。

S1021，计算开关磁阻电机的转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量。

S1022，获取开关磁阻电机的绕组电感的最大值和最小值以及绕组电感变化率最大时对应的转子位置区间。

参阅图2可知，开关磁阻电机的绕组电感的最大值即为L

S1023，根据绕组电感的最大值和最小值及绕组电感变化率最大时对应的转子位置区间的两端值的差值，获得电流调整比例上限值。

其中，电流调整比例用于指示调整后的相电流与基准相电流之间的倍数关系。

详细地，在一个示例性实施例中，在步骤S1023中，是根据关系式

其中，Ki表示电流调整比例上限值，L

S1024，根据电流调整比例上限值和转子的最大位置偏离量，获得相电流调整参数。

详细地，在一个示例性实施例中，在步骤S1024中，是根据关系式

其中，θ

S1025，基于相电流调整参数、位置偏离量及基准相电流，获得相电流调整值。

详细地，在一个示例性实施例中，在步骤S1025中，是根据关系式

其中，Δi表示相电流调整值，Δθ表示位置偏离量，θ

S103，根据相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流。

其中，基准相电流为，在固定转矩下，开关磁阻电机的绕组电感变化率最大时对应的相电流。由转矩与相电流和绕组电感的变化率关系式

详细地，在一个示例性实施例中，在步骤S103中，是根据关系式i

其中，i

S104，根据调整后的相电流，对开关磁阻电机进行驱动。

接下来以一个具体实施例为例，对本申请的开关磁阻电机控制方法作进一步的详细阐述。

参阅图6所示，在该一个具体实施例中，开关磁阻电机控制方法包括以下步骤S201～步骤S204。

S201，获取开关磁阻电机的转子的基准位置θ

开关磁阻电机实际运行的过程中，绕组电感与转子位置的关系可能并非严格地按照图2所示曲线图，在该实施例中，在相电流固定的情况下，在θ

S202，计算开关磁阻电机的转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量Δθ＝θ

其中，Δθ表示位置偏离量，θ

S203，计算目标相电流

其中，i

首先，需确定电流调整比例上限值。在θ

其中，不同型号的开关磁阻电机在电流调整比例上限值Ki上存在差异，具体与开关磁阻电机绕组电感的最大值L

计算电流调整比例上限值Ki为：

也即，

然后，根据开关磁阻电机的导通角参数和设置的最大关断角度，计算得到位置偏离量Δθ的最大值为6.9度，即可计算获得相电流调整参数θ

此时，根据获得的相电流调整参数、位置偏离量以及基准相电流，即可获得调整后的相电流(目标相电流)。

在该一个具体实施例中，开关磁阻电机的定子凸极上的绕组构成三相绕组，分别对应于U相、V相和W相。图7示出了该实施例U相、V相和W相电流调整前后的曲线图，其中，图7中(a)为U相、V相和W相电流调整前的曲线图，图7中(b)为U相、V相和W相电流调整后的曲线图。

S204，基于目标相电流i

图8示出了该实施例调整相电流前后转矩与转子位置的关系曲线图，其中，图8中(a)为调整U相、V相和W相电流前转矩与转子位置的关系曲线图，U相、V相和W相电流固定为100A，由(a)可知，转矩随转子位置变化上下峰值差异达到了100以上，转矩脉动较大；图8中(b)为采用本申请的方法调整U相、V相和W相电流后转矩与转子位置的关系曲线图，由(b)可知，在转子转动过程中，转矩几乎保持在同一转矩值350。由图8可知，本申请获得了非常好的转矩脉动抑制效果。

可以理解地，基于图2所示的曲线图，可知理论上在θ

下述为本申请开关磁阻电机控制装置实施例，对于本申请开关磁阻电机控制装置实施例中未披露的细节，请参照本申请上述开关磁阻电机控制方法实施例。

图9是根据一种示例性实施例示出的一种开关磁阻电机控制装置，该控制装置200可以应用于开关磁阻电机的驱动过程，执行图3至图6任一所示的开关磁阻电机控制方法的全部或者部分步骤。如图9所示，该控制装置200包括但不限于：信息获取模块210、调整值计算模块220、相电流确定模块230以及控制模块240。

其中，信息获取模块210用于获取开关磁阻电机的转子的基准位置。

调整值计算模块220用于计算开关磁阻电机的转子的当前位置相对于基准位置的位置偏离量，并对位置偏离量进行映射处理获得相电流调整值，相电流调整值用于抵消位置偏离量引起的转矩脉动的至少部分。

相电流确定模块230用于根据相电流调整值对设定的基准相电流进行调整，获得调整后的相电流。

控制模块240用于根据调整后的相电流，对开关磁阻电机进行驱动。

在一个示例性实施例中，信息获取模块210获取随开关磁阻电机的转子的转动，开关磁阻电机的绕组电感变化率最大的转子位置；并将绕组电感变化率最大的转子位置作为基准位置。

在一个示例性实施例中，基准相电流为：在固定转矩下，开关磁阻电机的绕组电感变化率最大时对应的相电流。其中，转矩与绕组电感变化率、相电流呈正相关。

在一个示例性实施例中，调整值计算模块220获取开关磁阻电机的绕组电感的最大值和最小值以及绕组电感变化率最大时对应的转子位置区间；根据绕组电感的最大值和最小值及位置区间的两端值的差值，获得电流调整比例上限值，电流调整比例用于指示调整后的相电流与基准相电流之间的倍数关系；根据电流调整比例上限值和转子的最大位置偏离量，获得相电流调整参数；基于相电流调整参数、位置偏离量及基准相电流，获得相电流调整值。

在一个示例性实施例中，调整值计算模块220根据关系式

在一个示例性实施例中，相电流确定模块230根据关系式i

控制装置200可以是装载在任意具有数据处理功能的设备当中，例如装载在台式电脑、笔记本电脑当中等。

参阅图10所示，本实施例提供了一种电子设备300，该电子设备300包括一个或多个处理器301以及存储器302，存储器302用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器301执行时，使得电子设备300实现本申请的开关磁阻电机控制方法。

图11示意性地示出了用于实现本申请实施例的电子设备的计算机系统结构框图。需要说明的是，图11示出的计算机系统仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图11所示，计算机系统400包括中央处理器401(Central Processing Unit，CPU)，其可以根据存储在只读存储器402(Read-Only Memory，ROM)中的程序或者从存储部分403加载到随机访问存储器404(Random Access Memory，RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在随机访问存储器404中，还存储有装置操作所需的各种程序和数据。中央处理器401、在只读存储器402以及随机访问存储器404通过总线405彼此相连。输入/输出接口406(Input/Output接口，即I/O接口)也连接至总线405。

以下部件连接至输入/输出接口406：包括键盘、鼠标等的输入部分407；包括诸如阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等以及扬声器等的输出部分408；包括硬盘等的存储部分403；以及包括诸如局域网卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至输入/输出接口406。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分403。

特别地，根据本申请的实施例，各个方法流程图中所描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被中央处理器401执行时，执行本申请的装置中限定的各种功能。

需要说明的是，本申请实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读存储介质中或者作为计算机可读存储介质上的一个或多个指令或代码进行传输。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块地划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。