一种磁悬浮开关磁阻电机的共励磁控制方法
阅读说明：本技术 一种磁悬浮开关磁阻电机的共励磁控制方法 (Co-excitation control method of magnetic suspension switched reluctance motor ) 是由 刘泽远 梁智 陈梅 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁悬浮开关磁阻电机的共励磁控制方法,磁悬浮开关磁阻电机包括E型定子主动磁轴承和传统的12/8开关磁阻电机,其中12/8开关磁阻电机产生转矩,主动磁轴承产生悬浮力,磁轴承的绕组包括产生偏置磁通的偏置绕组和产生悬浮力的悬浮绕组,偏置绕组与电枢绕组串联在同一变换器上产生偏置电流；磁轴承悬浮控制,先对位移误差进行PID调节得到悬浮力以及共励磁变换器采样得到的偏置电流一起通过有限元径向磁轴承电流查表得到给定径向悬浮电流,并通过对悬浮误差电流极性判断来控制H桥功率变换器前桥臂开关管一个PWM周期内的导通信号以及通过公式计算后桥臂开关管占空比,实现三电平控制,进而控制径向悬浮力,减少悬浮输出电流纹波。(The invention discloses a co-excitation control method of a magnetic suspension switched reluctance motor, wherein the magnetic suspension switched reluctance motor comprises an E-shaped stator active magnetic bearing and a traditional 12/8 switched reluctance motor, wherein the 12/8 switched reluctance motor generates torque, the active magnetic bearing generates suspension force, windings of the magnetic bearing comprise a bias winding generating bias magnetic flux and a suspension winding generating suspension force, and the bias winding and an armature winding are connected in series on the same converter to generate bias current; and (2) magnetic bearing suspension control, wherein PID (proportion integration differentiation) adjustment is performed on displacement errors to obtain suspension force, bias current obtained by sampling of a co-excitation converter is checked through finite element radial magnetic bearing current to obtain given radial suspension current, the polarity of the suspension error current is judged to control a conducting signal in one PWM (pulse-width modulation) period of a front bridge arm switching tube of the H-bridge power converter and the duty ratio of a rear bridge arm switching tube is calculated through a formula, so that three-level control is realized, the radial suspension force is further controlled, and suspension output current ripples are reduced.)
技术领域
本发明涉及电机类的磁悬浮开关磁阻电机控制技术领域，具体的说是一种磁悬浮开关磁 阻电机的共励磁控制方法。
背景技术
磁悬浮开关磁阻电机，由磁轴承系统和开关磁阻电机系统集合而成，不仅具有开关磁阻 电机的高速适应性和满足苛刻工作环境等特点，还兼具磁轴承无摩擦、无润滑等优点，在航 空航天、飞轮储能和军事等场合具有独特优势。
磁悬浮开关磁阻电机系统中的磁轴承，根据偏置磁通提供方式，可分为电磁轴承和永磁 偏置轴承。永磁偏置轴承的功率密度高，体积小，重量轻，应用较为广泛；然而，因为永磁 体价格较高、耐高温、耐腐蚀能力较差，在高温高油等恶劣场合应用受限。电磁轴承，因采 用电励磁方式，故应用场合更加灵活。
由电磁轴承和开关磁阻电机构成的传统磁悬浮系统，磁悬浮系统和开关磁阻系统间相互 独立，机械结构不紧密，集成度低；另外，两个系统还各具有单独的功率变换器，成本高， 集成度也比较低。为此，一些学者提出了一种磁轴承偏置绕组与开关磁阻电机绕组串联共励 磁式的新型磁悬浮开关磁阻电机。该类电机的典型特点是，电枢绕组与偏置绕组串联后，接 入到传统的不对称半桥功率变换器中，二者采用相同励磁的方式，在开关磁阻电机内产生转 矩的同时，还将在磁轴承内产生偏置磁通，进而消除偏置绕组的功率变换器，使系统集成度 得到显著提高。
然而，上述的集成方式，需要偏置绕组的数量和开关磁阻电机相数相同，使得磁轴承的 绕组数量也相应增加，磁轴承体积也需要增大，以安放较多的偏置绕组。为此，有学者再提 出一种新型磁悬浮开关磁阻电机，磁轴承每个定子齿上仅需要一个偏置绕组，并且所有偏置 绕组串联在一起，接入到电枢绕组的功率变换器的直流母线中，在给偏置绕组提供偏置电流 的同时也要保证电机的快速励磁启动，故现有的控制方法有点不适用磁悬浮开关磁阻电机系 统了，整个系统控制方法不仅要适用于开关磁阻电机也要适用于结合磁轴承开关磁阻电机共 励磁功率变换器提供偏置电流使磁轴承悬浮，并且能够跟随给定悬浮电流值，减少输出悬浮 电流纹波。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可实现开关磁阻电机旋转，磁轴承悬浮，输出悬浮 电流纹波减小，控制过程中不需要转矩和悬浮力的数学模型，控制简单，可以减少功率变换 器的个数，还可以减少悬浮功率变换器开关管的开关次数，降低开关损耗的磁悬浮开关磁阻 电机的共励磁控制方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种磁悬浮开关磁阻电机的共励磁控制方法，磁悬浮开关磁阻电机包括E型 定子主动磁轴承和12/8开关磁阻电机，所述12/8开关磁阻电机每个定子极有一个电枢绕组， 每四个相隔90°的电枢绕组线圈串联，分别形成三相绕组，在E型定子主动磁轴承中，有四 个E型定子，每个E型定子包括一个宽极和两个窄极，每个较宽的磁极有一个偏置线圈， 每个较窄的磁极有一个悬浮绕组；所述磁轴承的绕组包括偏置绕组和悬浮绕组，其中，其中 偏置绕组产生悬浮所需的偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮力，所述开关磁阻电机的绕组包括A 相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，共三相，用于产生转矩；偏置绕组与电枢绕 组串联在共励磁功率变换器上产生偏置电流，其特征在于：步骤A，采集磁轴承转子位移信 号，获取X轴与Y轴方向上的给定悬浮力；
步骤B，获取X轴方向以及Y轴方向上的给定径向悬浮电流值和由上一步骤得到了 X轴和Y轴方向上的给定悬浮力，以及实时检测磁悬浮开关磁阻电机共励磁功率变换器偏 置绕组侧的偏置电流ibias，一起通过有限元径向磁轴承电流查表的方式得到X轴方向上的给 定径向悬浮电流值和Y轴方向上的给定径向悬浮电流值步骤C，获取H桥功率变换器前桥臂开关管的控制信号以及后桥臂开关管的占空比，快速 跟随给定径向电流减少电流纹波，并控制磁轴承；
步骤D，获取开关磁阻电机所述相转矩励磁时的相绕组电流参考值和开通角θon；
步骤E，调节所述相转矩励磁时的转矩。
本发明的进一步改进在于：所述步骤A具体包括：步骤A-1，由X轴和Y轴位置传感器检测转子的位移量x、y，并把采集到的位移量x、y与给定X轴方向位移x*和给定Y轴 方向位移y*进行比较得到位移误差值Δy和Δx；
步骤A-2，把得到的X轴方向的位移误差值Δx以及Y轴方向的位移误差值Δy进行PID 调节得到X轴方向上的给定悬浮力和Y轴方向上的给定悬浮力
本发明的进一步改进在于：步骤C具体包括：步骤C-1，由X轴方向和Y轴方向电流传感器检测两个方向悬浮绕组的电流ix、iy，并把采集到的电流值ix、iy与有限元查表得到的给定径向悬浮电流值进行比较得到误差值Δix和Δiy；
步骤C-2，X轴方向和Y轴方向悬浮力采用两个H桥结构的功率电路来控制，H桥结构为开关管V1、V2/(V5、V6)串联构成左桥臂，其中开关管V1/(V5)为上桥臂，开关管V2/(V6)为下桥臂；开关管V3、V4/(V7、V8)串联构成右桥臂，其中开关管V3/(V7)为上桥臂，开关 管V4/(V8)为下桥臂；悬浮绕组串联在左右桥臂之间；
X轴方向，在PWM波形上升沿来临时采集径向悬浮误差电流Δix，判断径向悬浮误差 电流Δix的极性，并保持一个PWM周期；当误差信号值Δix极性为正，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管V1保持开通，下开关管V2关断，上下开关管互补导 通；
当误差信号值Δix极性为负，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管 V1保持关断，下开关管V2开通，上下开关管互补导通；
Y轴方向，在PWM波形上升沿来临时采集径向悬浮误差电流Δiy，判断径向悬浮误差 电流Δiy的极性，并保持一个PWM周期；当误差信号值Δiy极性为正，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管V5保持开通，下开关管V6关断，上下开关管互补导 通；
当误差信号值Δiy极性为负，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管 V5保持关断，下开关管V6开通，上下开关管互补导通；
步骤C-3，X轴方向，在PWM时间周期内，实时采集径向悬浮电流误差信号值经过公式计算出H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比，当误差信号值Δix极性为正，经过公式计算H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比为1，下开关管V4全 开通，上开关管V3关断，上下开关管互补导通；当误差信号值Δix极性为负，经过公式计 算H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比为0，下开关管V4关断，上开关管V3开 通；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V1为导通状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δix极性为正，后桥臂下开关管V4开通，电源电压为悬浮绕组正向充电记为“+”状态，当误差信号值Δix极性为负，后桥臂下开关管V4关断，悬 浮绕组进入续流状态记为“0”状态；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V1为关断状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δix极性为负，后桥臂下开关管V4关断，后桥臂上开关管V3导通，电源电压为悬浮绕组反向充电记为“-”状态，当误差信号值Δix极性为正，后 桥臂下开关管V4开通，悬浮绕组进入续流状态即为“0”状态；此种三电平控制方式能有 效减小输出电流纹波，并快速跟随给定电流值；通过控制H桥功率变换器各开关管的导通 信号使它跟随X轴方向给定悬浮电流，进而控制X轴方向悬浮力；
Y轴方向，在PWM时间周期内，实时采集径向悬浮电流误差信号值经过公式计算出H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比，当误差信号值Δiy极 性为正，经过公式计算H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比为1，下开关管V8全 开通，上开关管V7关断，上下开关管互补导通；当误差信号值Δiy极性为负，经过公式计 算H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比为0，下开关管V8关断，上开关管V7开 通；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V5为导通状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δiy极性为正，后桥臂下开关管V8开通，电源电压为悬浮绕组正向充电记为“+”状态，当误差信号值Δiy极性为负，后桥臂下开关管V8关断，悬 浮绕组进入续流状态记为“0”状态；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V5为关断状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δiy极性为负，后桥臂下开关管V8关断，后桥臂上开关管V7导通，电源电压为悬浮绕组反向充电记为“-”状态，当误差信号值Δiy极性为正，后 桥臂下开关管V8开通，悬浮绕组进入续流状态即为“0”状态；此种三电平控制方式能有 效减小输出电流纹波，并快速跟随给定电流值；通过控制H桥功率变换器各开关管的导通 信号使它跟随Y轴方向给定悬浮电流，进而控制Y轴方向悬浮力。
本发明的进一步改进在于：步骤D具体包括：步骤D-1，根据转子转速，计算得到转子 角速度ω；
步骤D-2，将转子角速度ω与设定的参考角速度ω相比较，得到转速差Δω；
步骤D-3，当ω≤ω0时，ω0为临界角速度设定值，其由电机实际工况确定；转速差Δω， 通过PI控制器，获得该相绕组电流参考值i*；关断角θoff固定不变，其中θoff取值由电机结 构形式决定；
步骤D-4，当ω＞ω0时，转速差Δω，通过PI控制器，获得开通角θon，此时不控制该相绕组电流。
本发明的进一步改进在于：步骤E-1，当ω≤ω0时，利用电流斩波控制方法，使相转矩 励磁时的相绕组实际电流i跟踪该相绕组电流参考值i*，进而实时调节该相绕组电流i，实 现转矩调节；
步骤E-2，当ω＞ω0时，利用角度位置控制方法，通过动态调节开通角θon的取值，从 而实现调节转矩。
本发明的进一步改进在于：步骤B中磁悬浮开关磁阻电机共励磁功率变换器包括电源 us、一个电解电容C1、六个功率开关管即第一功率开关管S1至第六功率开关管S6、六个 续流二极管即第一续流二极管VD1至第六续流二极管VD6、两个功率二极管即第一功率二 极管VD7和第二功率二极管VD8、第七续流二极管VD9和第八续流二极管VD10；其中电 源us的正极接第一功率二极管VD7阳极和第八续流二极管VD10阴极；第一功率二极管 VD7的阴极接第七续流二极管VD9的阴极；第八续流二甲管VD10的阳极接第二功率二极 管VD8的阳极；第七续流二极管VD9的阳极分别接第二功率二极管VD8的阴极、电解电 容C1的输入端；第二功率二极管VD8的阴极分别接第七续流二极管VD9的阳极、电解电 容C1的输入端、第一功率开关管S1的漏极、第一续流二极管VD1的阴极、第三功率开关 管S3的漏极、第三续流二极管VD3的阴极、第五功率开关管VD5的漏极、第五续流二极 管VD5的阴极；
电源us的负极分别接电解电容C1的输出端、第二续流二极管VD2的阳极、第二功率开关管S2的源极、第四续流二极管VD4的阳极、第四功率开关管S4的源极、第六续流二 极管VD6的阳极、第六功率开关管S6的源极；
第一功率开关管S1的源极接第二续流二极管VD2的阴极；第一续流二极管VD1的阳极接第二功率开关管S2的漏极；第三功率开关管S3的源极接第四续流二极管VD4的阴极；第三续流二极管VD3的阳极接第四功率开关管S4的漏极；第五功率开关管S5的源极接第 六续流二极管VD6的阴极；第五续流二极管VD5的阳极接第六功率开关管S6的漏极；
第一功率二极管VD7的阴极与第二功率二极管VD8的阳极间串接磁轴承的偏置电感 Bias；第一功率开关管S1的源极与第二功率开关管的漏极间串接开关磁阻电机的A相绕组； 第三功率开关管S3的源极与第四功率开关管S4的漏极间串接开关磁阻电机的B相绕组； 第五功率开光管S5的源极与第六功率开关管S6的漏极间串接开关磁阻电机的C相绕组。
本发明的有益效果是：本发明可显著提升开关磁阻电机电枢绕组电流的利用率，降低磁 轴承功率系统的成本，简化悬浮力控制难度，集磁轴承偏置绕组功率变换器和开关磁阻电机 三相电枢绕组功率变换器于一体，集成度高、成本低且可靠性强，系统产生转矩由SRM产 生，控制方法采用传统控制方式，低速时采用CCC控制方式，高速时采用APC控制方式； 磁轴承悬浮控制，先对位移误差进行PID调节得到悬浮力以及共励磁变换器采样得到的偏 置电流一起通过有限元径向磁轴承电流查表得到给定径向悬浮电流，并通过对悬浮误差电流 极性判断来控制H桥功率变换器前桥臂开关管一个PWM周期内的导通信号以及通过公式 计算后桥臂开关管占空比，实现三电平控制，进而控制径向悬浮力，减少悬浮输出电流纹波， 该方法简单可靠性高，易于实现。
附图说明
图1为12/8极磁悬浮开关磁阻电机系统的控制框图。
图2为12/8极磁悬浮开关磁阻电机的部分分解结构示意图。
图3是悬浮绕组与偏置绕组示意图。
图4为主动磁轴承的剖面图和绕组示意图。
图5为磁悬浮开关磁阻电机的共励磁功率变换器的拓扑结构图。
图6为H桥功率变换器三电平控制方式工作状态图a。
图7为H桥功率变换器三电平控制方式工作状态图b。
图8为H桥功率变换器三电平控制方式工作状态图c。
图9为H桥功率变换器三电平控制方式工作状态图d。
图10为给定电流下不同控制方式下输出电流波形，其中9是给定悬浮电流信号，10是 提出改善纹波控制方法的输出悬浮电流信号，11是滞环控制后的输出悬浮电流信号。
其中：1是12/8开关磁阻电机，2是E型定子主动磁轴承，3是电枢绕组，4是悬浮绕组，5是偏置绕组，ix±是X轴方向悬浮绕组电流，其中正号表示流入负号表示流出，iy±是Y轴方向悬浮绕组电流，ibias±是偏置绕组电流，ia±为A相电枢绕组电流，us为直流电源， C1为电解电容，VD1～VD6、VD9～VD10分别为第一至第八续流二极管，VD7～VD8分别为 第一功率二极管和第二功率二极管，S1～S6分别为第一至第六功率开关管，A、B、C分别 为电机A相绕组B相绕组C相绕组，Bias为偏置绕组，y*为给定Y轴转子偏心位移量，x*为给定X轴方向转子偏心位移量，x为X轴方向位置传感器检测磁轴承的转子偏心位移量， y为Y轴方向位移传感器检测磁轴承的转子偏心位移量，Δy为Y轴方向磁轴承转子位移误 差值，Δx为X轴方向磁轴承转子位移误差值，Fy为Y轴方向悬浮力，Fx为X轴悬浮力， ibias为偏置绕组电流，为Y轴方向给定悬浮力电流，为X轴方向给定悬浮力电流，ix为 X轴实际悬浮力电流，iy为Y轴方向实际悬浮力电流，Δix为X轴方向悬浮电流误差值，Δiy为Y轴方向悬浮电流误差值，V1～V4为H桥功率变换器开关管，ω*为给定转子角速度，ω 为实际角速度，ω0为临界角速度设定值，Δω为角速度误差值，i*为相绕组电流参考值，i 为实际相绕组电流，θoff为关断角，θon为开通角，ia、ib、ic分别为A相B相C相绕组电 流，ix、iy分别为X轴Y轴方向悬浮电流，udc为H桥变换器直流电源，Lx为X轴方向悬 浮绕组电感。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的磁悬浮开关磁阻电机的系统控制方法和减少输出悬浮绕组电 流纹波的控制方法的技术方案进行详尽说明；
如图1-10所示，本发明是一种磁悬浮开关磁阻电机的共励磁控制方法，磁悬浮开关磁 阻电机包括E型定子主动磁轴承2和12/8开关磁阻电机1，所述12/8开关磁阻电机1每个 定子极有一个电枢绕组3，每四个相隔90°的电枢绕组3线圈串联，分别形成三相绕组，在E型定子主动磁轴承2中，有四个E型定子，每个E型定子包括一个宽极和两个窄极，每 个较宽的磁极有一个偏置线圈，每个较窄的磁极有一个悬浮绕组4；所述磁轴承的绕组包括 偏置绕组5和悬浮绕组4，其中，其中偏置绕组5产生悬浮所需的偏置磁通，悬浮绕组4产 生悬浮力，所述开关磁阻电机的绕组包括A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组， 共三相，用于产生转矩；功率变换器适用于所述的偏置绕组和三相电枢绕组，偏置绕组与电 枢绕组串联在同一共励磁功率变换器上产生偏置电流，SRM仍然采用传统控制方式，低速 时采用CCC控制方式，高速时采用APC控制方式；磁轴承悬浮控制，先对位移误差进行 PID调节得到悬浮力以及共励磁变换器采样得到的偏置电流一起通过有限元径向磁轴承电 流查表得到给定径向悬浮电流，并通过对悬浮误差电流极性判断来控制H桥功率变换器前 桥臂开关管一个PWM周期内的导通信号以及通过公式计算后桥臂开关管占空比，实现三电 平控制，进而控制径向悬浮力，具体步骤如：步骤A，采集磁轴承转子位移信号，获取X 轴与Y轴方向上的给定悬浮力；步骤A-1，由X轴和Y轴位置传感器检测转子的位移量x、 y，并把采集到的位移量x、y与给定X轴方向位移x*和给定Y轴方向位移y*进行比较得到 位移误差值Δy和Δx；
步骤A-2，把得到的X轴方向的位移误差值Δx以及Y轴方向的位移误差值Δy进行PID 调节得到X轴方向上的给定悬浮力和Y轴方向上的给定悬浮力步骤B，获取X轴方向以及Y轴方向上的给定径向悬浮电流值和由上一步骤得到了 X轴和Y轴方向上的给定悬浮力，以及实时检测磁悬浮开关磁阻电机共励磁功率变换器偏 置绕组侧的偏置电流ibias，一起通过有限元径向磁轴承电流查表的方式得到X轴方向上的给 定径向悬浮电流值和Y轴方向上的给定径向悬浮电流值步骤C，获取H桥功率变换器前桥臂开关管的控制信号以及后桥臂开关管的占空比，快速 跟随给定径向电流减少电流纹波，并控制磁轴承；
步骤C-1，由X轴方向和Y轴方向电流传感器检测两个方向悬浮绕组的电流ix、iy，并把采集到的电流值ix、iy与有限元查表得到的给定径向悬浮电流值进行比较得到误差值Δix和Δiy；
步骤C-2，X轴方向和Y轴方向悬浮力采用两个H桥结构的功率电路来控制，其中X轴方向的H桥结构为开关管V1、V2串联构成左桥臂，其中开关管V1为上桥臂，开关管 V2为下桥臂，开关管V3、V4串联构成右桥臂，其中开关管V3为上桥臂，开关管V4为下 桥臂；Y轴方向的H桥结构为V5、V6串联构成左桥臂，其中开关管V5为上桥臂，开关管 V6为下桥臂；开关管V7、V8串联构成右桥臂，其中开关管V7为上桥臂，开关管V8为下 桥臂；悬浮绕组串联在左右桥臂之间；
X轴方向，在PWM波形上升沿来临时采集径向悬浮误差电流Δix，判断径向悬浮误差 电流Δix的极性，并保持一个PWM周期；当误差信号值Δix极性为正，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管V1保持开通，下开关管V2关断，上下开关管互补导 通；
当误差信号值Δix极性为负，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管 V1保持关断，下开关管V2开通，上下开关管互补导通；
Y轴方向，在PWM波形上升沿来临时采集径向悬浮误差电流Δiy，判断径向悬浮误差 电流Δiy的极性，并保持一个PWM周期；当误差信号值Δiy极性为正，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管V5保持开通，下开关管V6关断，上下开关管互补导 通；
当误差信号值Δiy极性为负，那么在这个时间周期内H桥功率变换器前桥臂上开关管 V5保持关断，下开关管V6开通，上下开关管互补导通；
步骤C-3，X轴方向，在PWM时间周期内，实时采集径向悬浮电流误差信号值经过公式计算出H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比，当误差信号值Δix极性为正，经过公式计算H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比为1，下开关管V4全 开通，上开关管V3关断，上下开关管互补导通；当误差信号值Δix极性为负，经过公式计 算H桥功率变换器后桥臂下开关管V4的占空比为0，下开关管V4关断，上开关管V3开 通；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V1为导通状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δix极性为正，后桥臂下开关管V4开通，电源电压为悬浮绕组正向充电记为“+”状态，当误差信号值Δix极性为负，后桥臂下开关管V4关断，悬 浮绕组进入续流状态记为“0”状态；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V1为关断状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δix极性为负，后桥臂下开关管V4关断，后桥臂上开关管V3导通，电源电压为悬浮绕组反向充电记为“-”状态，当误差信号值Δix极性为正，后 桥臂下开关管V4开通，悬浮绕组进入续流状态即为“0”状态；此种三电平控制方式能有 效减小输出电流纹波，并快速跟随给定电流值；通过控制H桥功率变换器各开关管的导通 信号使它跟随X轴方向给定悬浮电流，进而控制X轴方向悬浮力；
Y轴方向，在PWM时间周期内，实时采集径向悬浮电流误差信号值经过公式计算出H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比，当误差信号值Δiy极 性为正，经过公式计算H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比为1，下开关管V8全 开通，上开关管V7关断，上下开关管互补导通；当误差信号值Δiy极性为负，经过公式计 算H桥功率变换器后桥臂下开关管V8的占空比为0，下开关管V8关断，上开关管V7开 通；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V5为导通状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δiy极性为正，后桥臂下开关管V8开通，电源电压为悬浮绕组正向充电记为“+”状态，当误差信号值Δiy极性为负，后桥臂下开关管V8关断，悬 浮绕组进入续流状态记为“0”状态；
在一个PWM周期内，当前桥臂上开关V5为关断状态，后桥臂实时采集悬浮电流误差信号值计算占空比，当误差信号值Δiy极性为负，后桥臂下开关管V8关断，后桥臂上开关管V7导通，电源电压为悬浮绕组反向充电记为“-”状态，当误差信号值Δiy极性为正，后 桥臂下开关管V8开通，悬浮绕组进入续流状态即为“0”状态；此种三电平控制方式能有 效减小输出电流纹波，并快速跟随给定电流值；通过控制H桥功率变换器各开关管的导通 信号使它跟随Y轴方向给定悬浮电流，进而控制Y轴方向悬浮力；
采用上述三电平脉宽调制技术能够大大降低电磁轴承开关功放的输出电流纹波，并快速 跟随给定电流值；
步骤D，获取开关磁阻电机所述相转矩励磁时的相绕组电流参考值i*和开通角θon；
步骤D-1，根据转子转速，计算得到转子角速度ω；
步骤D-2，将转子角速度ω与设定的参考角速度ω相比较，得到转速差Δω；
步骤D-3，当ω≤ω0时，ω0为临界角速度设定值，其由电机实际工况确定；所述转速 差Δω，通过PI控制器，获得该相绕组电流参考值i*；关断角θoff固定不变，其中θoff取值由电机结构形式决定；
步骤D-4，当ω＞ω0时，所述转速差Δω，通过PI控制器，获得开通角θon，此时不控制该相绕组电流。
步骤E，调节相转矩励磁时的转矩；步骤E具体包括：步骤E-1，当ω≤ω0时，利用电流斩波控制方法，使相转矩励磁时的相绕组实际电流i跟踪该相绕组电流参考值i*，进而实时调节该相绕组电流i，实现转矩调节；
步骤E-2，当ω＞ω0时，利用角度位置控制方法，通过动态调节开通角θon的取值，从 而实现调节转矩。
如图5所示，步骤B中磁悬浮开关磁阻电机共励磁功率变换器包括电源us、一个电解 电容C1、六个功率开关管即第一功率开关管S1至第六功率开关管S6、六个续流二极管即第一续流二极管VD1至第六续流二极管VD6、两个功率二极管即第一功率二极管VD7和 第二功率二极管VD8、第七续流二极管VD9和第八续流二极管VD10；其中电源us的正极 接第一功率二极管VD7阳极和第八续流二极管VD10阴极；第一功率二极管VD7的阴极接 第七续流二极管VD9的阴极；第八续流二甲管VD10的阳极接第二功率二极管VD8的阳极； 第七续流二极管VD9的阳极分别接第二功率二极管VD8的阴极、电解电容C1的输入端； 第二功率二极管VD8的阴极分别接第七续流二极管VD9的阳极、电解电容C1的输入端、 第一功率开关管S1的漏极、第一续流二极管VD1的阴极、第三功率开关管S3的漏极、第 三续流二极管VD3的阴极、第五功率开关管VD5的漏极、第五续流二极管VD5的阴极；
电源us的负极分别接电解电容C1的输出端、第二续流二极管VD2的阳极、第二功率开关管S2的源极、第四续流二极管VD4的阳极、第四功率开关管S4的源极、第六续流二 极管VD6的阳极、第六功率开关管S6的源极；
第一功率开关管S1的源极接第二续流二极管VD2的阴极；第一续流二极管VD1的阳极接第二功率开关管S2的漏极；第三功率开关管S3的源极接第四续流二极管VD4的阴极；第三续流二极管VD3的阳极接第四功率开关管S4的漏极；第五功率开关管S5的源极接第 六续流二极管VD6的阴极；第五续流二极管VD5的阳极接第六功率开关管S6的漏极；
第一功率二极管VD7的阴极与第二功率二极管VD8的阳极间串接磁轴承的偏置电感 Bias；第一功率开关管S1的源极与第二功率开关管的漏极间串接开关磁阻电机的A相绕组； 第三功率开关管S3的源极与第四功率开关管S4的漏极间串接开关磁阻电机的B相绕组； 第五功率开光管S5的源极与第六功率开关管S6的漏极间串接开关磁阻电机的C相绕组。
如图4所示，所有偏置线圈串联在一起构成一个偏置绕组，X轴方向较窄极上的四个线 圈串联构成X轴悬浮绕组，同样，Y轴方向较窄极上的四个绕组串联，形成Y轴悬浮绕组， 当由偏置绕组电流ibias产生偏置磁通，并且由X轴悬浮绕组电流ix或者Y轴悬浮电流iy产 生控制磁通时，将分别产生沿X轴或Y轴作用在转子上的径向力，通过控制电流ix和iy的大小和方向，可以在任何径向方向上产生所需的径向力。
图10是该方法和滞环控制方法做的一个输出电流波形仿真比较，给定输入电流为一个 正弦波如图所示9，使用上述方法和滞环比较方法输出的电流波形分别为图中的10和11波 形，由图可以看出使用上述方法电流纹波很少，相比较滞环控制方式下的纹波，该方法纹波 也较少，能够快速跟随给定正弦电流。
本发明可显著提升开关磁阻电机电枢绕组电流的利用率，降低磁轴承功率系统的成本， 简化悬浮力控制难度，集磁轴承偏置绕组功率变换器和开关磁阻电机三相电枢绕组功率变换 器于一体，集成度高、成本低且可靠性强，系统产生转矩由SRM产生，控制方法采用传统 控制方式，低速时采用CCC控制方式，高速时采用APC控制方式；磁轴承悬浮控制，先对 位移误差进行PID调节得到悬浮力以及共励磁变换器采样得到的偏置电流一起通过有限元 径向磁轴承电流查表得到给定径向悬浮电流，并通过对悬浮误差电流极性判断来控制H桥 功率变换器前桥臂开关管一个PWM周期内的导通信号以及通过公式计算后桥臂开关管占 空比，实现三电平控制，进而控制径向悬浮力，减少悬浮输出电流纹波，该方法简单可靠性 高，易于实现。
对该技术领域的普通技术人员而言，根据以上实施类型可以很容易联想其他的优点和变 形。因此，本发明并不局限于上述具体实例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、 示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员根据上述具体实例通过 各种等同替换所得到的技术方案，均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。
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