阅读说明：本技术 双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法 (Controller and method for double-armature winding multiple electromagnetic torque single-stator single-rotor reluctance motor ) 是由 贾少锋 董晓壮 梁得亮 冯帅 刘进军 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法。包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值,并将差值送入速度调节器,所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中,所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元,定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制。本发明面对定转子绕组故障以及驱动电路故障等不同的工况下,可以单独使用驱动电路,提供一定的转矩输出能力,保证了足够的容错性能。(The invention discloses a controller and a method for a double-armature winding multiple electromagnetic torque single-stator single-rotor reluctance motor. The method comprises the following steps: the device comprises a first subtracter, a speed regulator, a current distributor, a stator side armature winding control unit, a rotor side armature winding control unit, a motor axial encoder and a rotating speed calculator; the first subtracter obtains a motor rotating speed given value and a motor rotating speed feedback value and sends a difference value to the speed regulator, the speed regulator outputs a current given value to the current distributor, the current distributor outputs the current given value to the stator side armature winding control unit and the rotor side armature winding control unit, and the stator side armature winding control unit and the rotor side armature winding control unit respectively carry out double closed-loop control on armature windings on two sides of the stator and the rotor. The invention can independently use the driving circuit under different working conditions such as stator and rotor winding faults, driving circuit faults and the like, provides certain torque output capacity and ensures sufficient fault-tolerant performance.)

双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及 方法

技术领域

本发明属于交流电机驱动控制装置，具体涉及一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法，可以适用于新型双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机的驱动控制。

背景技术

近年来，随着新能源汽车和航天飞机的发展，电机及其驱动器的可靠性在航空航天应用中越来越受到关注。但是，在电机的运行过程中不可避免地会发生各种各样的故障，存在电枢绕组的绝缘老化，电子元件的特性变化，电磁干扰等问题。此外，驱动系统也可能会发生故障，例如供电系统故障，驱动电路的桥臂发生损坏等。因此，提高电机的容错能力具有重要意义。

目前，电机容错主要侧重在电机拓扑结构创新，设计方法和控制技术革新方面。与三相永磁电机相比，多相永磁同步电机具有更高的转矩重量比和功率密度以及更高的效率。因此，现有的容错电机大多数都是关于多相电机的设计及控制，如五相永磁电机，双三相永磁同步电机，十二相永磁同步电机等。这些电机主要提高电机定子侧绕组的相数，或者增加了定子侧绕组的套数，造成了定子空间冲突以及转子侧空间的浪费。

最近，专利号为201911304762.X的发明专利中提出了一种新型的双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机，如图1所示，其包括定子电枢绕组01，定子02，转子电枢绕组03，转子04，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等其他通用结构件。该电机的特点为：定子绕组包含A、B、C三相，如图2(a)；转子绕组3采用分数槽集中绕组，其绕组包含D、E两相，如图2(b)所示，每相绕组由直流部分和交流部分组成。该电机具有三种转矩分量，转子绕组和定子凸极形成直流偏置游标磁阻电机，由直流分量产生的MMF由定子齿进行调制，所产生的励磁场与交流电流产生的MMF相互作用产生转矩。转子绕组和定子电枢绕组的直流分量形成凸极转子电励磁同步电机。同时，在定子齿的调制下，由定子电枢绕组产生的旋转MMF与由转子的交流分量产生的旋转磁场相互作用，产生了另一种转矩分量。

该电机定子和转子分别有一套绕组，充分利用了转子侧的空间，并且通过定转子之间的齿槽配合，使得电机在正常运行时将含有多重电磁转矩分量，具有极高的转矩密度，在一套绕组故障时，通过重构或增大健康绕组的电流配置，实现满载输出，保证了足够的容错性能，具有广泛的应用前景。但是针对电机的控制问题，并没有给出具体地说明。

发明内容

为解决现有技术中电机的控制问题，本发明的目的在于提供一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法，该控制器在电机转子、定子或者单套驱动装置发生故障时仍然能够保证一定的转矩输出能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器，包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；

所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值，并将差值送入速度调节器，所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中，所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元，定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制；

所述电机轴向编码器检测获取转子位置信号经过转速计算器得到所述电机转速反馈值。

可选的，所述定子侧电枢绕组控制单元包括第二减法器、第三减法器、定子d轴电流调节器、定子q轴电流调节器、定子电压变换器、定子脉宽调制器和定子变流器；

所述电流分配器输出的定子d、q轴电流给定值与定子d、q轴电流反馈值送入一减法器，减法器处理后的电流差值送入一定子电流调节器，所述定子电流调节器输出定子d、q轴电压给定值，通过调节定子d、q轴电压给定值，使得d、q轴电流差值始终为零；

定子d轴电压给定值、定子q轴电压给定值、转子位置信号输入所述定子电压变换器，定子电压变换器对电压进行park反变换输出定子α轴电压给定值、定子β轴电压给定值，并输入所述定子脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生定子A、B、C相PWM信号输入定子变流器；

所述定子变流器的输出电压作用在磁阻电机定子三相绕组上，控制定子绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的正弦电流信号。

可选的，所述定子变流器包括直流电源U_dc、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成三相半桥逆变电路；其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连；第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的源级与直流电源U_dc正极连接，第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的漏级分别与电机定子A、B、C相绕组连接，同时，第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的漏级与第二MOS场效应管S₂、第四MOS场效应管S₄、第六MOS场效应管S₆的源级连接；第二MOS场效应管S₂、第四MOS场效应管S₄、第六MOS场效应管S₆的源级与直流电源的负极连接；所述A相PWM信号作为变流器的第一MOS场效应管S₁、第二MOS场效应管S₂栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三MOS场效应管S₃、第四MOS场效应管S₄栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五MOS场效应管S₅、第六MOS场效应管S₆栅极的控制信号。

可选的，还包括定子电流变换器和定子霍尔电流传感器；所述定子霍尔电流传感器分别测量得到A、B、C相电流信号，由电机轴向编码器检测的电机转子位置信号以及三相电流信号输入所述定子电流变换器中，经过电流变换器进行Clark、Park坐标变换，得到定子d、q轴直流电流信号，并分别作为定子d轴电流反馈值、定子q轴电流反馈值。

可选的，所述脉宽调制器产生ABC相PWM信号包括：

①所述脉宽调制器对输入电压u^* _{α_s}、u^* _{β_s}进行Clark反变换，得到三相静止坐标系电压给定值u^* _A、u^* _B、u^* _C：

其中，u^* _A为静止坐标系下的A相交流电压给定值，u^* _B为静止坐标系下B相交流电压给定值，u^* _C为静止坐标系下C相交流电压的给定值；

②调制产生A相交流电压占空比T_A＝u^* _A/U_dc，B相交流电压占空比T_B＝u^* _B/U_dc，C相交流电压占空比T_C＝u^* _C/U_dc；其中，U_dc为变流器直流母线电源电压；

所述定子电流变换器对电机转子位置信号θ以及i_A、i_B、i_C按下式进行静止-旋转坐标变换，得到定子d轴电流反馈值i_{d_s}，定子q轴电流反馈值i_{q_s}：

可选的，所述转子侧电枢绕组控制单元包括第四减法器、第五减法器、第六减法器、第七减法器、第八减法器、转子d1轴电流调节器、转子q1轴电流调节器、转子0轴电流调节器、转子d2轴电流调节器、转子q2轴电流调节器、转子dq1电压变换器、转子0轴电压计算器、转子dq2电压变换器、转子正向脉宽调制器、转子负向脉宽调制器、转子变流器；

所述电流分配器输出的转子d1、q1、0、d2及q2轴电流给定值与转子d1、q1、0、d2及q2轴电流反馈值送入一减法器，减法器输出电流差值送入一转子电流调节器，转子电流调节器输出转子电压给定值，通过调节转子电压给定值使其差值始终为零；

转子d1、q1轴电压给定值、转子位置信号输入所述转子dq1电压变换器，定子dq1电压变换器对电压进行park反变换输出转子α轴电压给定值、转子β轴电压给定值，并输入所述转子正向脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生转子D、E相正向偏置PWM信号，并输入转子变流器；

转子d2、q2轴电压给定值、转子位置信号输入所述转子dq2电压变换器，定子dq2电压变换器对电压进行park反变换输出转子α2轴电压给定值、转子β2轴电压给定值，并输入所述转子负向脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生转子D、E相负向偏置PWM信号，并输入转子变流器；

所述转子0轴电压经过转子0轴电压计算器输出一个直流电压占空比信号；

所述转子变流器的输出电压作用在磁阻电机转子两相绕组上，控制定子绕组D、E相的电流，产生对应于输入PWM信号的正负偏置的正弦电流信号。

可选的，所述转子变流器包括直流电源、12个MOS场效应管和12个续流二极管连接构成双三相半桥逆变电路；其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连；第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁的源级与直流电源正极连接，第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁的漏级分别与第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的源级连接，第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的源级与直流电源的负极连接；第一MOS场效应管M₁、第五MOS场效应管M₅的漏级分别连接转子D、E绕组正向输入端，第七MOS场效应管M₇、第十一MOS场效应管M₁₁的漏级分别连接转子D、E绕组的负向输入端，第三MOS场效应管M₃、第九场效应管M₉的漏级分别连接转子D、E绕组的N₁,N₂；所述D、E相正向偏置PWM信号分别为第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆的控制信号，所述D、E相负向偏置PWM信号分别为第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的控制信号。

可选的，还包括转子霍尔电流传感器和转子电流变换器；所述转子霍尔电流传感器分别测量得到D、E相电流信号_-，由电机轴向编码器检测的电机转子位置信号以及D、E相电流信号输入所述转子电流变换器中，经过电流变换器进行静止-旋转坐标变换，得到转子d1、q1、d2、q2轴直流电流信号，并分别作为转子d1轴电流反馈值、转子q1轴电流反馈值、转子d2轴电流反馈值、转子q2轴电流反馈值。

可选的，所述转子脉宽调制器产生D、E相PWM信号包括：

①u^* _{α1_r}、u^* _{β1_r}与两相电压的关系以及第一、第三、第五MOS场效应管的控制信号的关系为：

其中，Q1、Q3、Q5分别为第一、第三、第五MOS场效应管的控制信号；

u^* _{α2_r}、u^* _{β2_r}与两相电压的关系以及第七、第九、第十一MOS场效应管的控制信号的关系为与上式相同，仅需要改变对应参数；

②根据①可以得到D+相交流电压占空比信号T_D+、绕组中点占空比信号T_N1、E+相交流电压占空比信号T_E+、D-相交流电压占空比信号T_D-、绕组中点占空比信号T_N2、E-相交流电压占空比信号T_E-；针对转子0轴电压u^* _{0_r}经过转子0轴电压计算器输出一个直流电压占空比信号T₀＝u^* _{0_r}/U_dc；

③最终得到D+相交流电压占空比信号T_D+:T_D+＝T_D++T₀；绕组中点占空比信号T_N1:T_N1＝T_N1+T₀；E+相交流电压占空比信号T_E+:T_E+＝T_E++T₀；D-相交流电压占空比信号T_D-:T_D-＝T_D--T₀；绕组中点占空比信号T_N2:T_N2＝T_N1-T₀；E-相交流电压占空比信号T_E-:T_E-＝T_E--T₀；

所述转子电流变换器对电机转子位置信号θ以及i_D+、i_E+、i_D-、i_E--按下式进行静止-旋转坐标变换，得到转子d1轴电流反馈值i_{d1_r}，定子q1轴电流反馈值i_{q1_r}，转子d2轴电流反馈值i_{d2_r}，定子q2轴电流反馈值i_{q2_r}，转子零轴电流反馈值i_{0_r}；

一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机的控制方法，包括：

转子侧转矩公式为

其中L_r1为电机转子0轴等效电感，i₀为电机转子0轴电流，i^r _q为电机转子q轴电流，定义式中，I^r _rms为转子电流有效值；I^r _dc为直流分量；I^r _am为交流分量有效值；转子侧转矩分量为将上式对k求偏导，得到当时输出的转矩最大；

定子侧转矩公式为其中P_as为定子极对数；L^s _d是定子等效d轴电感；L^s _q是定子等效q轴电感；L_f是转子等效励磁电感；i₀励磁电流；设定i_s为定子电流有效值，定子d轴、q轴电流可以表示为i^s _q＝i_ssinσ，i^s _d＝i_scosσ，σ为定子电流有效值与d轴电流的夹角；将上式带入定子侧转矩公式，可以得到：

将转矩对σ求偏导，当实现最大转矩电流输出时，角度为：

与现有技术相比，具有以下优点：

本发明针对新型电机结构双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机提供了两套驱动电路分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制，实现了电机在最大转矩电流比控制下正常运行。该新型电机定转子分别装有电枢绕组，所形成的转矩由定子绕组、转子绕组以及定转子绕组共同作用三种转矩分量构成。采用两套独立的驱动电路可以增加电机的容错性能，当转子电枢绕组或者定子电枢绕组发生故障时，可以仅仅切断故障部分，未发生故障部分仍然可以正常运行。面对定转子绕组故障以及驱动电路故障等不同的工况下，可以单独使用驱动电路，提供一定的转矩输出能力，保证了足够的容错性能。

本发明控制方法针对双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机分别采用两套驱动控制装置进行双闭环控制，在电机转子、定子或者单套驱动装置发生故障时仍然能够保证一定的转矩输出能力。

附图说明

图1为现有技术的双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机拓扑结构图；

图2(a)为现有技术的定子电枢绕组电流波形图；

图2(b)为现有技术的转子电枢绕组电流波形图；

图3为本发明双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机的定转子双闭环控制系统框图；

图4为本发明定子电流变换器结构示意图；

图5为本发明转子电流变换器结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器由驱动装置分别控制定转子电枢电流，主要包括第一减法器1、第二减法器2、第三减法器3、第四减法器4、第五减法器5、第六减法器6、第七减法器7、第八减法器8、速度调节器9、电流分配器10、定子d轴电流调节器11、定子q轴电流调节器12、转子d1轴电流调节器13、转子q1轴电流调节器14、转子0轴电流调节器15、转子d2轴电流调节器16、转子q2轴电流调节器17、定子电压变换器18、转子dq1电压变换器19、转子0轴电压计算器20、转子dq2电压变换器21、定子脉宽调制器22、转子正向脉宽调制器23、转子负向脉宽调制器24、定子变流器25、转子变流器26、电机轴向编码器30、定子霍尔电流传感器28、转子霍尔电流传感器32、转速计算器31、定子电流变换器27和转子电流变换器33；

电机转速给定值n^*和电机转速反馈值n送入所述第一减法器1，n^*-n的差值送入速度调节器9，所述速度调节器9输出电流给定值i^* _s，通过调节i^* _s使得n^*-n的差值始终为零，即n始终跟随n^*的变化。i^* _s通入电流分配器10中，所述电流分配器输出定子d轴电流给定值i^* _{d_s}、定子q轴电流给定值i^* _{q_s}、转子d1轴电流给定值i^* _{d1_r}、转子q1轴电流给定值i^* _{q1_r}、零轴电流给定值i^* _{0_r}、转子d2轴电流给定值i^* _{d2_r}、转子q2轴电流给定值i^* _{q2_r}；

所述电机转速反馈值n由电机轴向编码器30检测获取转子位置信号θ经过转速计算器31得到，n＝9.55×dθ/dt；

所述速度调节器9按照下述过程输出电流给定值i^* _s：

所述速度调节器9对其输入进行判断，若n^*-n的差值为零，则保持此时i^* _s为定值，并输出；若n^*-n的差值为正，则不断增大电流给定值i^* _s，直至电机转速增加使得n^*-n为零，保持此时为定值，以维持n^*-n的差值始终为零；若n^*-n的差值为负，则不断减小电流给定值i^* _s，直至电机转速降低使得n^*-n为零，保持此时i^* _s为定值，以维持的n^*-n差值始终为零；

(1)对于定子侧电枢绕组的控制，有：

定子d轴电流给定值i^* _{d_s}与定子d轴电流反馈值i_{d_s}送入所述第二减法器2，i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值送入定子d轴电流调节器11，所述定子d轴电流调节器11输出定子d轴电压给定值u^* _{d_s}，通过调节u^* _{d_s}，使得i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值始终为零，即对i^* _{d_s}进行无差跟踪；

定子q轴电流给定值i^* _{q_s}与定子q轴电流反馈值i_{q_s}送入所述第三减法器3，i^* _{q_s}-i_{q_s}的差值送入定子q轴电流调节器12，所述定子q轴电流调节器12输出定子q轴电压给定值u^* _{q_s}，通过调节u^* _{q_s}，使得i^* _{q_s}-i_{q_s}的差值始终为零，即对i^* _{q_s}进行无差跟踪；

u^* _{d_s}、u^* _{q_s}、θ输入所述定子电压变换器18，定子电压变换器18对电压进行park反变换输出u^* _{α_s}、u^* _{β_s}。u^* _{α_s}、u^* _{β_s}输入所述定子脉宽调制器22，进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)，分别产生定子A、B、C相PWM信号。

如图4所示，所述定子变流器25由直流电源U_dc、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成三相半桥逆变电路。其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连。第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的源级与直流电源U_dc正极连接，第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的漏级分别与电机定子A、B、C相绕组连接，同时，第一MOS场效应管S₁、第三MOS场效应管S₃、第五MOS场效应管S₅的漏级与第二MOS场效应管S₂、第四MOS场效应管S₄、第六MOS场效应管S₆的源级连接；第二MOS场效应管S₂、第四MOS场效应管S₄、第六MOS场效应管S₆的源级与直流电源的负极连接；所述A相PWM信号作为变流器的第一MOS场效应管S₁、第二MOS场效应管S₂栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三MOS场效应管S₃、第四MOS场效应管S₄栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五MOS场效应管S₅、第六MOS场效应管S₆栅极的控制信号。

如图4所示，定子变流器25的输出电压作用在双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机29定子三相绕组上，控制定子绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的正弦电流信号，最终实现定子d、q轴电流的无静差跟踪；

所述定子霍尔电流传感器28分别测量得到A、B、C相电流信号i_A、i_B、i_C，由电机轴向编码器30检测的电机转子位置信号θ以及i_A、i_B、i_C输入所述定子电流变换器27中，经过电流变换器27进行Clark、Park坐标变换，得到定子d、q轴直流电流信号，并分别作为定子d轴电流反馈值i_{d_s}、定子q轴电流反馈值i_{q_s}。

所述定子d轴电流调节器11按照下述过程输出定子d轴电压给定值：

所述定子d轴电流调节器对其输入进行判断，若i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值为零，则保持此时u^* _{d_s}为定值，并输出；若i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值为正，则不断增大定子d轴电压给定值u^* _{d_s}，直至电机定子d轴电流反馈值增加使得i^* _{d_s}-i_{d_s}为零，保持此时u^* _{d_s}为定值，以维持i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值始终为零；若i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值为负，则不断减小定子d轴电压u^* _{d_s}给定值，直至电机定子d轴电流反馈值降低使得i^* _{d_s}-i_{d_s}为零，保持此时u^* _{d_s}为定值，以维持i^* _{d_s}-i_{d_s}的差值始终为零；

所述定子q轴电流调节器12输出电压给定值的过程与上述过程相同，仅需改变对应参数。

所述定子电压变换器18对电机转子位置信号θ以及u^* _{d_s}、u^* _{q_s}按照下式进行Park反变换，得到定子α轴电压给定值u^* _{α_s}、定子β轴电压给定值u^* _{β_s}，N_r为转子槽数。

所述脉宽调制器22产生ABC相PWM信号包括下述过程：

①所述脉宽调制器22对输入电压u^* _{α_s}、u^* _{β_s}进行Clark反变换，得到三相静止坐标系电压给定值u^* _A、u^* _B、u^* _C：

其中，u^* _A为静止坐标系下的A相交流电压给定值，u^* _B为静止坐标系下B相交流电压给定值，u^* _C为静止坐标系下C相交流电压的给定值。

②调制产生A相交流电压占空比T_A＝u^* _A/U_dc，B相交流电压占空比T_B＝u^* _B/U_dc，C相交流电压占空比T_C＝u^* _C/U_dc。其中，U_dc为变流器直流母线电源电压；

所述定子电流变换器27对电机转子位置信号θ以及i_A、i_B、i_C按下式进行静止-旋转坐标变换，得到定子d轴电流反馈值i_{d_s}，定子q轴电流反馈值i_{q_s}：

(2)对于转子侧电枢绕组的控制，有：

转子d1轴电流给定值i^* _{d1_r}与转子d1轴电流反馈值i_{d1_r}送入所述第四减法器4，i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值送入转子d1轴电流调节器13，所述转子d1轴电流调节器13输出转子d1轴电压给定值u^* _{d1_r}，通过调节u^* _{d1_r}，使得i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值始终为零，即对i^* _{d1_r}进行无差跟踪；

转子q1轴电流给定值i^* _{q1_r}与转子q1轴电流反馈值i_{q1_r}送入所述第五减法器5，i^* _{q1_r}-i_{q1_r}的差值送入转子q1轴电流调节器14，所述转子q1轴电流调节器14输出转子q1轴电压给定值u^* _{q1_r}，通过调节u^* _{q1_r}，使得i^* _{q1_r}-i_{q1_r}的差值始终为零，即对i^* _{q1_r}进行无差跟踪；

转子0轴电流给定值i^* _{0_r}与转子0轴电流反馈值i_{0_r}送入所述第六减法器6，i^* _{0_r}-i_{0_r}的差值送入转子0轴电流调节器15，所述转子0轴电流调节器15输出转子0轴电压给定值u^* _{0_r}，通过调节u^* _{0_r}，使得i^* _{0_r}-i_{0_r}的差值始终为零，即对i^* _{0_r}进行无差跟踪；

转子d2轴电流给定值i^* _{d2_r}与转子d2轴电流反馈值i_{d2_r}送入所述第七减法器7，i^* _{d2_r}-i_{d2_r}的差值送入转子d2轴电流调节器16，所述转子d2轴电流调节器16输出转子d2轴电压给定值u^* _{d2_r}，通过调节u^* _{d2_r}，使得i^* _{d2_r}-i_{d2_r}的差值始终为零，即对i^* _{d2_r}进行无差跟踪；

转子q2轴电流给定值i^* _{q2_r}与转子q2轴电流反馈值i_{q2_r}送入所述第八减法器8，i^* _{q2_r}-i_{q2_r}的差值送入转子q2轴电流调节器17，所述转子q2轴电流调节器17输出转子q2轴电压给定值u^* _{q2_r}，通过调节u^* _{q2_r}，使得i^* _{q2_r}-i_{q2_r}的差值始终为零，即对i^* _{q2_r}进行无差跟踪；

u^* _{d1_r}、u^* _{q1_r}、θ输入所述转子dq1电压变换器19，定子dq1电压变换器19对电压进行park反变换输出u^* _{α1_r}、u^* _{β1_r}。u^* _{α1_r}、u^* _{β1_r}输入所述转子正向脉宽调制器23，进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)，分别产生转子D、E相正向偏置PWM信号；

u^* _{d2_r}、u^* _{q2_r}、θ输入所述转子dq2电压变换器21，定子dq2电压变换器21对电压进行park反变换输出u^* _{α2_r}、u^* _{β2_r}。u^* _{α2_r}、u^* _{β2_r}输入所述转子负向脉宽调制器24，进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)，分别产生转子D、E相负向偏置PWM信号；

如图5所示，所述转子变流器26由直流电源、12个MOS场效应管和12个续流二极管连接构成双三相半桥逆变电路。其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连。第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁的源级与直流电源正极连接，第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁的漏级分别与第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的源级连接，第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的源级与直流电源的负极连接。同时，第一MOS场效应管M₁、第五MOS场效应管M₅的漏级分别连接转子D、E绕组正向输入端，第七MOS场效应管M₇、第十一MOS场效应管M₁₁的漏级分别连接转子D、E绕组的负向输入端，第三MOS场效应管M₃、第九场效应管M₉的漏级分别连接转子D、E绕组的N₁,N₂。所述D、E相正向偏置PWM信号分别为第一MOS场效应管M₁、第三MOS场效应管M₃、第五MOS场效应管M₅、第二MOS场效应管M₂、第四MOS场效应管M₄、第六MOS场效应管M₆的控制信号，所述D、E相负向偏置PWM信号分别为第七MOS场效应管M₇、第九MOS场效应管M₉、第十一MOS场效应管M₁₁、第八MOS场效应管M₈、第十MOS场效应管M₁₀、第十二MOS场效应管M₁₂的控制信号。

如图5所示，转子变流器26的输出电压作用在双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机转子两相绕组上，控制定子绕组D、E相的电流，产生对应于输入PWM信号的正负偏置的正弦电流信号，最终实现转子d1、q1、d2、q2轴电流的无静差跟踪；

所述转子霍尔电流传感器32分别测量得到D、E相电流信号i_D+、i_E+、i_D-、i_E-，由电机轴向编码器31检测的电机转子位置信号θ以及i_D+、i_E+、i_D-、i_E-输入所述转子电流变换器33中，经过电流变换器33进行静止-旋转坐标变换，得到转子d1、q1、d2、q2轴直流电流信号，并分别作为转子d1轴电流反馈值i_{d1_r}、转子q1轴电流反馈值i_{q1_r}、转子d2轴电流反馈值i_{d2_r}、转子q2轴电流反馈值i_{q2_r}。

所述转子d1轴电流调节器13按照下述过程输出转子d1轴电压给定值：

所述转子d1轴电流调节器13对其输入进行判断，若i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值为零，则保持此时u^* _{d1_r}为定值，并输出；若i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值为正，则不断增大转子d1轴电压给定值u^* _{d1_r}，直至电机转子d1轴电流反馈值增加使得i^* _{d1_r}-i_{d1_r}为零，保持此时u^* _{d1_r}为定值，以维持i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值始终为零；若i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值为负，则不断减小转子d1轴电压u^* _{d1_r}给定值，直至电机转子d1轴电流反馈值降低使得i^* _{d1_r}-i_{d1_r}为零，保持此时u^* _{d1_r}为定值，以维持i^* _{d1_r}-i_{d1_r}的差值始终为零；

所述转子q1轴电流调节器14、转子0轴电流调节器15、转子d1轴电流调节器16、转子q2轴电流调节器17输出电压给定值的过程与上述过程相同，仅需改变对应参数。

所述转子正向电压变换器19对电机转子位置信号θ以及u^* _{d1_r}、u^* _{q1_r}按照下式进行Park反变换，得到转子α轴电压给定值u^* _{α1_r}、转子β轴电压给定值u^* _{β1_r}，N_s为定子槽数。

所述转子正向电压变换器21的变换方式与上式相同，仅需改变对应参数。

所述转子脉宽调制器23,24产生D、E相PWM信号包括下述过程：

①u^* _{α1_r}、u^* _{β1_r}与两相电压的关系以及第一、第三、第五MOS场效应管的控制信号的关系为：

其中，Q1、Q3、Q5分别为第一、第三、第五MOS场效应管的控制信号。

u^* _{α2_r}、u^* _{β2_r}与两相电压的关系以及第七、第九、第十一MOS场效应管的控制信号的关系为与上式相同，仅需要改变对应参数。

②根据①可以得到D+相交流电压占空比信号T_D+、绕组中点占空比信号T_N1、E+相交流电压占空比信号T_E+、D-相交流电压占空比信号T_D-、绕组中点占空比信号T_N2、E-相交流电压占空比信号T_E-。针对转子0轴电压u^* _{0_r}经过转子0轴电压计算器20输出一个直流电压占空比信号T₀＝u^* _{0_r}/U_dc。

③最终得到D+相交流电压占空比信号T_D+:T_D+＝T_D++T₀；绕组中点占空比信号T_N1:T_N1＝T_N1+T₀；E+相交流电压占空比信号T_E+:T_E+＝T_E++T₀；D-相交流电压占空比信号T_D-:T_D-＝T_D--T₀；绕组中点占空比信号T_N2:T_N2＝T_N1-T₀；E-相交流电压占空比信号T_E-:T_E-＝T_E--T₀；

所述转子电流变换器26对电机转子位置信号θ以及i_D+、i_E+、i_D-、i_E--按下式进行静止-旋转坐标变换，得到转子d1轴电流反馈值i_{d1_r}，定子q1轴电流反馈值i_{q1_r}，转子d2轴电流反馈值i_{d2_r}，定子q2轴电流反馈值i_{q2_r}，转子零轴电流反馈值i_{0_r}。

本发明能够实现新型双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机的优化控制策略。

转子侧转矩公式为其中L_r1为电机转子0轴等效电感，i₀为电机转子零轴电流，i^r _q为电机转子q轴电流，定义式中，I^r _rms为转子电流有效值；I^r _dc为直流分量；I^r _am为交流分量有效值。转子侧转矩分量可以改写为将上式对k求偏导，可以得到当时输出的转矩最大。

定子侧转矩公式为其中P_as为定子极对数；L^s _d是定子等效d轴电感；L^s _q是定子等效q轴电感；L_f是转子等效励磁电感；i₀励磁电流。设定i_s为定子电流有效值，定子d轴、q轴电流可以表示为i^s _q＝i_ssinσ，i^s _d＝iscosσ，σ为定子电流有效值与d轴电流的夹角。将上式带入定子侧转矩公式，可以得到：

将转矩对σ求偏导，当实现最大转矩电流输出时，角度为：

本发明针对双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机分别采用两套驱动控制装置进行双闭环控制，在电机转子、定子或者单套驱动装置发生故障时仍然能够保证一定的转矩输出能力。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。