阅读说明：本技术 一种可联网的开关磁阻电机控制方法 (Networking switched reluctance motor control method ) 是由 穆浩伟 苏杭 *** 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可联网的开关磁阻电机控制方法，客户端通过通信网络装置与指定洗衣机ID，建立与该洗衣机的连接；洗衣机的控制器通过位置检测装置和电流检测模块收集电机转子的位置信号和电流信号；控制器根据位置信号计算洗衣机电机当前状态，包括电机转速和转向，按照通讯协议将洗衣机当前状态发送给客户端；控制器根据采样的位置信号和电流信号，基于模型预测的方法控制电机功率变换器中开关管的导通，实现电机运行。本发明更加符合现代化生活的要求，可实现远程监控；具有运行效率较高、调速范围大、静音运行、成本较低的优势。(The invention discloses a method for controlling a switched reluctance motor capable of being networked, wherein a client establishes connection with a specified washing machine ID through a communication network device; a controller of the washing machine collects a position signal and a current signal of a motor rotor through a position detection device and a current detection module; the controller calculates the current state of the motor of the washing machine according to the position signal, including the rotating speed and the rotating direction of the motor, and sends the current state of the washing machine to the client according to a communication protocol; and the controller controls the conduction of a switching tube in the motor power converter based on a model prediction method according to the sampled position signal and the sampled current signal so as to realize the operation of the motor. The invention better meets the requirements of modern life and can realize remote monitoring; the speed-regulating device has the advantages of high operation efficiency, wide speed-regulating range, silent operation and low cost.)

一种可联网的开关磁阻电机控制方法

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机调速及设备联网技术，具体涉及开关磁阻电机的基于模型预测的联网控制技术。

背景技术

现代社会中，人们越来越在意服装质地的差异而导致的洗衣感受，同时也越来越多地使用洗衣机来清洗衣物。目前洗衣机所用电机主要是电容运转单相双速异步电机、单向串激电机、变频感应电机等，它们有效率低、调速范围小、噪声大、寿命短等缺点。对于洗衣机中的驱动电机而言，电机工况恶劣且要求驱动电机在满足洗涤时低速要求的同时，脱水过程最高转速足够大，且面对不同衣物时可能需要不同的转速方案来进行洗涤与脱水。因此电容运转单相双速异步电机、单向串激电机、变频感应电机不适于在洗衣机中使用。

开关磁阻电机起动时转矩较大，电流较小，使得它能够很好地适应洗衣过程中频繁正反转切换的运行方式。同时开关磁阻电机调速范围大，可同时满足洗涤时低转速与脱水时滚筒高转速的要求；开关磁阻电机调速性能好的特点，使洗衣机能够洗得更干净。因此，开关磁阻电机在逐步在洗衣中进行使用。但开关磁阻电机存在转矩脉动大且噪声大的问题。且传统控制方法只能本地操控，无法在洗衣中发挥开关磁阻电机的优良特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可联网的开关磁阻电机控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可联网的开关磁阻电机控制方法，包括如下步骤：

步骤1、客户端通过通信网络装置与指定洗衣机ID，建立与该洗衣机的连接；

步骤2、洗衣机的控制器通过位置检测装置和电流检测模块收集电机转子的位置信号和电流信号；

步骤3、控制器根据位置信号计算洗衣机电机当前状态，包括电机转速和转向，按照通讯协议将洗衣机当前状态发送给客户端；

步骤4、控制器根据采样的位置信号和电流信号，基于模型预测的方法控制电机功率变换器中开关管的导通，实现电机运行。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明更加符合现代化生活的要求，可实现远程监控；2)本发明具有运行效率较高、调速范围大、静音运行、成本较低的优势。

附图说明

图1是本发明可联网的开关磁阻电机控制方法的流程图。

图2是本发明可联网的开关磁阻电机控制方法的结构图。

图3是本发明位置检测装置结构图。

图4是本发明控制系统中功率开关管的接线图。

具体实施方式

如图1-2所示，可联网的开关磁阻电机控制方法包括如下步骤：

步骤1、客户端通过通信网络装置与指定洗衣机ID，建立与该洗衣机的连接；

步骤2、洗衣机的控制器通过位置检测装置和电流检测模块收集电机转子的位置信号和电流信号；

位置检测装置包括三个光电传感器P1、P2、P3，三个光电传感器安装在电机机壳上，依次相间120°，具体如图3所示。根据光电传感器获取的高低点平可以判断正机正反转。以6/4极开关磁阻电机为例，电机运行过程中位置信号一共有编码0(“101”)，编码1(“100”)，编码2(“110”)，编码3(“010”)，编码4(“011”)，编码5(“001”)六种编码。根据这六种编码可以判断电机是在正转或反转。位置信号按照编码0、编码2、...编码5、编码0的顺序出现则是正转，反之则是反转。电流检测模块采用霍尔元件，将电机绕组中的电流大小反馈给控制器。

步骤3、控制器根据位置信号计算洗衣机电机当前状态，包括电机转速和转向，按照通讯协议将洗衣机当前状态发送给客户端；

客户端与控制器的信息传输遵循的协议是modbus通讯协议。转速和转向信息可以分开发送，也可以合并一次发送，通过传输信息中的功能代码位标志发送的模式和内容。

步骤4、控制器根据采样的位置信号和电流信号，采用基于模型预测的方法控制开关管的导通，从而实现电机在保持开关磁阻电机优势的前提下低脉动、低噪声的运行；

在功率变换器中，功率开关管采用不对称半桥电路，如图4所示，A1、A2接电机A相绕组；B1、B2接电机B相绕组；C1、C2接电机C相绕组。开关管控制具体包括如下子步骤：

步骤4.1、根据位置测量装置收集到的位置信号的编码，判断转子位置信息，以6/4极开关磁阻电机为例，转子位置位于A相对应位置信号编码为“010”或“110”，位于B相对应位置信号编码为“001”“011”，位于C相对应位置信号编码为“100”“101”状态。

步骤4.2、根据转子位置获取对应相的k时刻电流i_k，以定子极和转子极凸极中心线重合为初始位置，计算电机在相角为22.5°、17.5°、12.5°、0°时的磁链值ψ_max、ψ_p、ψ_r、ψ_min：

步骤4.3、根据计算得到的ψ_max、ψ_p、ψ_r、ψ_min，计算电机磁链的直流分量ψ₀、一次分量ψ₁、二次分量ψ₂、三次分量ψ₃：

步骤4.4、根据计算得到的直流分量ψ₀、一次分量ψ₁、二次分量ψ₂、三次分量ψ₃与电机转子极数N_r，计算电机磁链ψ：

ψ(i,θ_k)＝ψ₀(i)+ψ₁(i)*cos(N_rθ)+ψ₂(i)*cos(2N_rθ_k)+ψ₃(i)*cos(3N_rθ_k)

其中，θ_k为k时刻转子的相角，由位置测量装置的EQep模块根据位置信号编码计算得到；

步骤4.5、根据相角θ_k求电机角速度ω，结合k时刻电机相电流i_k、k时刻电机磁链ψ以及k+1时刻与k时刻的时间差ΔT、电机绕组电阻R、k+1时刻的电机额定电压U_k+1，预测k+1时刻的电机相电流i_k+1：

步骤4.6、根据k时刻转子的相角θ_k，计算k+1时刻的相角θ_k+1：

θ_k+1＝θ_k+ωΔT

步骤4.7、根据预测的k+1时刻相角θ_k+1、k+1时刻电机相电流i_k+1，以及与通过离线静态测试得到的电机转矩拟合函数f，预测k+1时刻的转矩T_k+1：

T_k+1＝f(i_k+1,θ_k+1)

步骤4.8、根据电机给定转速n_r与实际转速n_c，通过Pi环节计算参考转矩T_ref截断前的变量u_presat：

式中K_p为比例系数，K_i为积系数，K_c为微分增益；

步骤4.9、对u_presat进行截断计算，得到参考转矩T_ref：

式中T_max为根据电机特性得到的转矩上限，T_min为根据电机特性得到的转矩下限；

步骤4.10、根据k时刻的参考转矩T_ref与k+1时刻的实际转矩T_real建立衡量T_ref与T_real差距的目标函数J：

J＝(T_real-T_ref(k))²

步骤4.11、由于k+1时刻的实际转矩T_real在k时刻不可得，由T_k+1作为T_real的取值，然后求得目标函数对T_real的梯度，若梯度大于0则关断转子对应相的开关管，若梯度小于0则开通对应相的开关管，最终实现开关磁阻电机的优化控制，使洗衣机电机具有优良的调速性能的同时拥有低脉动、低噪声的优点。