1.一种复合转子无轴承开关磁阻电机的解耦控制方法,所述复合转子无轴承开关磁阻电机包括定子、转子和线圈;所述定子为凸极结构,其定子齿个数为6,每个定子齿上绕有1个线圈,所述线圈共6个,所述6个线圈在空间上相差60°;所述转子由圆柱转子和凸极转子构成,圆柱转子为圆柱型结构,凸极转子为凸极结构,其凸极转子的齿个数为2;所述圆柱转子和凸极转子串联紧密布置,套在转轴上,并布置在所述定子内;所述复合转子无轴承开关磁阻电机为三相工作制电机,每相绕组由空间上相隔180°的两个线圈组成,且每相绕组中的两个线圈独立控制;A相绕组的两个线圈分别为Na1和Na2,B相绕组的两个线圈分别为Nb1和Nb2,C相绕组的两个线圈分别为Nc1和Nc2;所述定子极弧角为αs,所述凸极转子极弧角为αr,且满足αs+60°≤αr≤120°-αs;三相绕组依次导通一次,转子旋转一个转子周期,且所述转子周期角为180°;每相绕组电感关于转子位置变化的周期角为180°,且呈现三种变化区间,分别为最小电感平顶区、电感变化区、最大电感平顶区,所述三个区间的宽度均为60°;
所述电机的解耦控制方法,其特征在于,每相绕组均有三种工作模式:双绕组悬浮励磁工作模式、转矩励磁工作模式和单绕组悬浮励磁工作模式;悬浮励磁时,通过独立控制3个线圈电流,以调节悬浮力,其中所述3个线圈中的2个线圈属于同一相,工作于双绕组悬浮励磁模式,剩余1个线圈属于另两相中的一相,工作于单绕组悬浮励磁模式;转矩励磁时,在电感变化区对每相两线圈实施对称励磁,并通过控制该相功率开关的关断角,以调节转矩;由于悬浮力产生在最大电感平顶区和最小电感平顶区,而转矩产生在电感变化区,实现转矩和悬浮力的解耦控制;包括如下步骤:步骤A,获取X轴方向给定悬浮力 和Y轴方向给定悬浮力 所述X轴与所在相两定子齿的中心线重合,Y轴超前X轴90°;其具体步骤如下:步骤A-1,获取转子在X轴和Y轴方向的实时位移信号α和β;
步骤A-2,将实时位移信号α和β分别与给定的参考位移信号α*和β*相减,分别得到X方向和Y方向的实时位移信号差Δα和Δβ,将所述实时位移信号差Δα和Δβ经过比例积分微分控制器,得到所述相X方向悬浮力 和Y方向悬浮力步骤B,采集转子实时位置角θ,计算各相的X方向和Y方向给定悬浮力;
步骤B-1,θ∈[θ1,θ2],A相和B相绕组产生悬浮力,A相的X方向悬浮力A相的Y方向悬浮力 B相的X方向悬浮力 B相的Y方向悬浮力 其中,θ1为A相最小电感平顶区的起点,超前A相对齐位置150°,θ2=θ1+30°;
步骤B-2,θ∈[θ2,θ3],A相和C相绕组产生悬浮力,A相的X方向悬浮力A相的Y方向悬浮力 C相的X方向悬浮力 C相的Y方向悬浮力其中,θ3=θ2+30°;
步骤B-3,θ∈[θ3,θ4],B相和C相绕组产生悬浮力,B相的X方向悬浮力B相的Y方向悬浮力 C相的X方向悬浮力
C相的Y方向悬浮力 其中,θ4为A相最大电感平顶区的起点,θ4=θ3+30°;
步骤B-4,θ∈[θ4,θ5],B相和A相绕组产生悬浮力,B相的X方向悬浮力 B相的Y方向悬浮力 A相的X方向悬浮力 A相的Y方向悬浮力其中,θ5=θ4+30°;
步骤B-5,θ∈[θ5,θ6],C相和A相绕组产生悬浮力,C相的X方向悬浮力 C相的Y方向悬浮力 A相的X方向悬浮力 A相的Y方向悬浮力其中,θ6=θ5+30°;
步骤B-6,θ∈[θ6,θ7],C相和B相绕组产生悬浮力,C相的X方向悬浮力C相的Y方向悬浮力 B相的X方向悬浮力
B相的Y方向悬浮力 其中,θ7=θ6+30°=θ+180°,三相绕组完成一个导通周期,转子旋转一个转子周期角,即转子旋转180°;
步骤C,调节θ∈[θ1,θ2]区间内的悬浮力,此区间内A相和B相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤C-1,调节A相悬浮力,此区间内A相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤C-1-1,根据所述A相的X方向悬浮力 和A相的Y方向悬浮力以及电流计算公式 得到A相两线圈电流差的参考值其中,kf1为悬浮力系数,其表达式为kf1=μ0lcrαsN2/2δ2,N为线圈匝数,μ0为真空磁导率,lc为圆柱转子的轴向长度,r为圆柱转子的半径,δ为气隙长度,IN为所述电机的额定相电流;
步骤C-1-2,根据A相两线圈电流差的参考值 由电流计算公式 和得到A相两线圈电流的参考值 和
步骤C-1-3,利用电流斩波控制方法,让A相两线圈的实际电流ia1和ia2分别跟踪其参考值 和步骤C-2,调节B相悬浮力,此区间内B相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤C-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别B相两线圈Nb1和Nb2的导通状态;当 时,线圈Nb1导通励磁;当 时,线圈Nb2导通励磁;
步骤C-2-2,当 时,根据 B相线圈Nb1的电流参考值 当时,根据 B相线圈Nb2的电流参考值 其中,kf2为悬浮力系数,kf2=μ0(lc+lt)rαsN2/2δ2,lt为凸极转子的轴向长度;
步骤C-2-3,利用电流斩波控制方法,让B相两线圈的实际电流ib1和ib2分别跟踪其参考值 和步骤D,调节θ∈[θ2,θ3]区间内的悬浮力,此区间内A相和C相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤D-1,调节A相悬浮力,此区间内A相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤D-1-1,根据所述A相X方向悬浮力 和Y方向悬浮力 以及电流计算公式 可得到A相两线圈电流差的参考值步骤D-1-2,根据A相两线圈电流差的参考值 由电流计算公式 和得到A相两线圈电流的参考值 和
步骤D-1-3,利用电流斩波控制方法,让A相两线圈的实际电流ia1和ia2分别跟踪其参考值 和步骤D-2,调节C相悬浮力,此区间内C相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤D-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别C相两线圈Nc1和Nc2的导通状态;当 时,线圈Nc1导通励磁,当 时,线圈Nc2导通励磁;
步骤D-2-2,当 时,根据 得到C相线圈Nc1的电流参考值 当时,根据 得到C相线圈Nc2的电流参考值
步骤D-2-3,利用电流斩波控制方法,让C相两线圈的实际电流ic1和ic2分别跟踪其参考值 和步骤E,调节θ∈[θ3,θ4]区间内的悬浮力,此区间内B相和C相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤E-1,调节B相悬浮力,此区间内B相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤E-1-1,根据所述B相的X方向悬浮力 和B相的Y方向悬浮力以及电流计算公式 得到B相两线圈
电流差的参考值
步骤E-1-2,根据B相两线圈电流差的参考值 由电流计算公式 和得到B相两线圈电流的参考值 和
步骤E-1-3,利用电流斩波控制方法,让B相两线圈的实际电流ib1和ib2分别跟踪其参考值 和步骤E-2,调节C相悬浮力,此区间内C相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤E-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别C相两线圈Nc1和Nc2的导通状态;当 时,线圈Nc1导通励磁,当 时,线圈Nc2导通励磁;
步骤E-2-2,当 时,根据 得到C相线圈Nc1的电流参考值 当 时,根据 得到C相线圈Nc2的电流参考值步骤E-2-3,利用电流斩波控制方法,让C相两线圈的实际电流ic1和ic2分别跟踪其参考值 和步骤F,调节θ∈[θ4,θ5]区间内的悬浮力,此区间内B相和A相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤F-1,调节B相悬浮力,此区间内B相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤F-1-1,根据所述B相的X方向悬浮力 和B相的Y方向悬浮力 以及电流计算公式 得到B相两线圈电流差的参考值步骤F-1-2,根据B相两线圈电流差的参考值 可由电流计算公式 和解算B相两线圈电流的参考值 和
步骤F-1-3,利用电流斩波控制方法,让B相两线圈的实际电流ib1和ib2分别跟踪其参考值 和步骤F-2,调节A相悬浮力,此区间内A相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤F-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别A相两线圈Na1和Na2的导通状态;当 时,线圈Na1导通励磁,当 时,线圈Na2导通励磁;
步骤F-2-2,当 时,根据 得到A相线圈Na1的电流参考值当 时,根据 得到A相线圈Na2的电流参考值步骤F-2-3,利用电流斩波控制方法,让A相两线圈的实际电流ia1和ia2分别跟踪其参考值 和步骤G,调节θ∈[θ5,θ6]区间内的悬浮力,此区间内C相和A相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤G-1,调节C相悬浮力,此区间内C相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤G-1-1,根据所述C相的X方向悬浮力 和C相的Y方向悬浮力 以及电流计算公式 得到C相两线圈电流差的参考值步骤G-1-2,根据C相两线圈电流差的参考值 由电流计算公式 和得到C相两线圈电流的参考值 和
步骤G-1-3,利用电流斩波控制方法,让C相两线圈的实际电流ic1和ic2分别跟踪其参考值 和步骤G-2,调节A相悬浮力,此区间内A相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤G-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别A相两线圈Na1和Na2的导通状态;当 时,线圈Na1导通励磁,当 时,线圈Na2导通励磁;
步骤G-2-2,当 时,根据 得到A相线圈Na1的电流参考值 当 时,根据 得到A相线圈Na2的电流参考值步骤G-2-3,利用电流斩波控制方法,让A相两线圈的实际电流ia1和ia2分别跟踪其参考值 和步骤I,调节θ∈[θ6,θ7]区间内的悬浮力,此区间内C相和B相共同产生悬浮力,具体步骤如下:步骤I-1,调节C相悬浮力,此区间内C相工作于双绕组悬浮励磁模式;
步骤I-1-1,根据所述C相的X方向悬浮力 和C相的Y方向悬浮力以及电流计算公式 得到C相两线
圈电流差的参考值
步骤I-1-2,根据C相两线圈电流差的参考值 由电流计算公式 和得到C相两线圈电流的参考值 和
步骤I-1-3,利用电流斩波控制方法,让C相两线圈的实际电流ic1和ic2分别跟踪其参考值 和步骤I-2,调节B相悬浮力,此区间内B相工作于单绕组悬浮励磁模式;
步骤I-2-1,根据所述悬浮力 方向,判别B相两线圈Nb1和Nb2的导通状态;当 时,线圈Nb1导通励磁,当 时,线圈Nb2导通励磁;
步骤I-2-2,当 时,根据 得到B相线圈Nb1的电流参考值 当 时,根据 得到B相线圈Nb2的电流参考值步骤I-2-3,利用电流斩波控制方法,让B相两线圈的实际电流ib1和ib2分别跟踪其参考值 和步骤J,调节转矩,具体步骤如下:
步骤J-1,采集转子实时转速,计算得到转子角速度ω;
步骤J-2,转子角速度ω与设定的参考角速度ω*相减,得到转速差Δω;
步骤J-3,所述转速差Δω,通过比例积分控制器,获得关断角θoff,利用角度位置控制方法,通过动态调节关断角θoff的取值,从而实时调节各相转矩;
步骤J-4,θ∈[θ1,θ2]时,C相处于转矩励磁工作模式,C相关断角θoffC=θoff;θ∈[θ3,θ4]时,A相处于转矩励磁工作模式,A相关断角θoffA=θoff;θ∈[θ5,θ6]时,B相处于转矩励磁工作模式,B相关断角θoffB=θoff。