开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法及系统

1.本发明涉及开关磁阻电机系统控制技术领域，尤其是涉及一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法及系统。


背景技术：

2.开关磁阻电机的双凸极结构和磁饱和现象导致很难建立控制参数优化的解析模型，这在一定程度上限制了开关磁阻电机的推广。转矩脉动和系统效率（包括电机效率和功率变换器效率）对电流非常敏感，在优化过程中是两个主要的考虑对象。在过去的研究中，瞬时转矩估算一般是通过将转矩拟合成关于位置和相电流的函数，但这需要通过离线的方式确定电机的磁链特性，这为电机的优化带来了困难；通过磁共能对转子位置求导计算转矩的方法也会使计算变得异常复杂。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少改善现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法及系统。
4.根据本发明第一方面实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其中包括如下步骤：步骤s1，根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出系统效率η和电机平均转矩t
ave
；步骤s2，检测开关磁阻电动机的编码器位置信号，根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而求出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；步骤s3，利用步骤s1和步骤s2在线得到的系统效率η、平均转矩t
ave
和转矩脉动δt三个参数，构建多目标函数，定义多目标函数中的控制参数：开通角θ
on
和关断角θ
off
；步骤s4，以最大转矩-电流比作为关断角离线优化的评价对象，通过离线的方式优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数；步骤s5，设计转速闭环控制器，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过步骤s4拟合出的关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；步骤s6，在实际转速达到目标转速之后，根据步骤s3构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到预期目标，完成开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制过程。
5.根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，可以提高开关磁阻电机的整体运行性能，本发明实施例通过以系统效率和转矩脉动为优化目标，构
建多目标函数，设计系统效率观测器和平均转矩观测器，实现系统效率和平均转矩的在线观测，通过计算角加速度的方式对瞬时转矩进行估算。开通和关断角是电机性能优化的主要因素，在线评估系统性能对于多目标的优化更为方便和准确。
6.在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s1中，设计系统效率观测器和平均转矩观测器，通过检测绕组相电压uk、相电流ik和母线电压u
dc
、母线电流i
dc
，实现系统效率和平均转矩的在线观测，其中平均转矩t
ave
表示为：式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，ω表示角速度，nr表示转子齿数，δw表示一个电气周期中绕组产生的机械能量；系统效率表示为式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，表示一个电气周期中绕组吸收的功率，表示平均转矩，ω表示角速度，u
dc
表示母线电压，i
dc
表示母线电流。
7.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤s2中，具体包括检测开关磁阻电动机编码器位置信号，计算转子转过相邻编码器位置信号所用的时间，得出相邻位置信号间的平均角速度ω，然后根据各编码器位置区间的角速度变化计算角加速度α，再根据角加速度估算瞬时转矩t，最后得出转矩脉动δt=t
max-t
min
，其中，t
max
和t
min
分别表示瞬时转矩t的最大值和最小值。
8.在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s3中，构建的多目标函数表示为表示为式中，τ表示转矩平滑系数，λ1+λ2=1，λ1和λ2分别表示系统效率和转矩平滑系数的权重系数，η
max
表示系统效率，τ
max
表示转矩平滑系数的最大值。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s4中，设置转矩-电流比为：式中，表示平均转矩，nr表示转子齿数，i
rms
表示每相绕组的相电流均方根。然后，通过离线的方式优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大。
10.在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s5中，设计的转速闭环控制器，是通过不断测量实际转速与目标转速之差，利用pi控制调节参考电流来控制实际转速不断接近目标转速。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s6中，将多目标函数值作为系统性能
评估结果，通过爬山搜索法在线优化开通角，使系统总体性能得到提高。
12.根据本发明第二方面实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制系统，其中，包括：系统效率观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出系统效率η；平均转矩观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出电机平均转矩t
ave
；瞬时转矩检测模块，用于根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而求出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；构建模块，用于构建多目标函数；调节模块，用于调节关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；评估模块，在实际转速达到目标转速之后，根据构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到预期目标。
13.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述调节模块还包括拟合模块，用于将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数。
14.根据本发明第三方面实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的各个步骤。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的一个冲程的磁链电流平面上能量转换回路图；图2是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的系统效率计算策略示意图；图3是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的瞬时转矩估算方法示意图。
18.图4是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的不同转速和关断角下转矩-电流比。
19.图5是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的不同转速下的关断角优化结果与拟合结果对比图。
20.图6是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的多
目标控制策略示意图。
21.图7是根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的多目标优化流程图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
23.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中术语“第一”、“第二”、“第三”等是区别于不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元，或者可选地，还包括没有列出的步骤或单元，或者可选地还包括这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作（或步骤）描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
27.在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”、“单元”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，单元可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些单元可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。单元可例如根据具有一个或多个数据分组（例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一单元交互的第二单元数据。例如，通过信号与其它系统交互的互联网）的信号通过本地和/或远程进程来通信。
28.实施例1本实施例提供一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，是根据机电能量转换原理估计系统效率和电机平均转矩，根据瞬时角速度变化计算角加速度来估计瞬时转矩，构建包含系统效率和转矩平滑系数的多目标函数，通过离线的方式优化关断角以实现最大转矩-电流比，设计转速闭环控制器以保证转速响应，通过在线的方式优化开通角以提高系统总体性能，具体其中包括如下步骤：步骤s1，根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出系
统效率η和电机平均转矩t
ave
；步骤s2，检测开关磁阻电动机的编码器位置信号，根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而求出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；步骤s3，利用步骤s1和步骤s2在线得到的系统效率η、平均转矩t
ave
和转矩脉动δt三个参数，构建多目标函数，定义多目标函数中的控制参数：开通角θ
on
和关断角θ
off
；步骤s4，以最大转矩-电流比作为关断角离线优化的评价对象，通过离线的方式优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数；步骤s5，设计转速闭环控制器，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过步骤s4拟合出的关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；步骤s6，在实际转速达到目标转速之后，根据步骤s3构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到最佳，完成开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制过程。
29.根据本发明实施例的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，可以提高开关磁阻电机的整体运行性能，本发明实施例通过以系统效率和转矩脉动为优化目标，构建多目标函数，设计系统效率观测器和平均转矩观测器，实现系统效率和平均转矩的在线观测，通过计算角加速度的方式对瞬时转矩进行估算。开通和关断角是电机性能优化的主要因素，在线评估系统性能对于多目标的优化更为方便和准确。
30.具体地，所述步骤s2中，具体包括检测开关磁阻电动机编码器位置信号，计算转子转过相邻编码器位置信号所用的时间，得出相邻位置信号间的平均角速度ω，然后根据各编码器位置区间的角速度变化计算角加速度α，再根据角加速度估算瞬时转矩t，最后得出转矩脉动δt=t
max-t
min
，其中，t
max
和t
min
分别表示瞬时转矩t的最大值和最小值。
31.具体地，步骤s5中，设计的转速闭环控制器，是通过不断测量实际转速与目标转速之差，利用pi控制调节参考电流来控制实际转速不断接近目标转速。
32.具体地，在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s6中，将多目标函数值作为系统性能评估结果，通过爬山搜索法在线优化开通角，使系统总体性能得到提高。
33.具体地，对多目标控制方法作进一步的解释说明，多目标控制方法主要包含三个主要阶段。首先，设计系统效率观测器和平均转矩观测器，实现系统效率和平均转矩的在线观测。然后，通过计算角加速度的方式对瞬时转矩进行估算，得出转矩脉动。最后，构建多目标函数，通过调节开通和关断角对多目标函数进行优化。
34.其中，设计系统效率观测器和平均转矩观测器阶段，通过检测绕组相电压uk、相电流ik和母线电压u
dc
、母线电流i
dc
，实现系统效率和平均转矩的在线计算。
35.其中，瞬时转矩估算阶段，检测编码器位置信号，计算转子转过相邻编码器信号所用的时间，得出相邻位置信号间的平均角速度，然后根据各个编码器位置区间的角速度变化计算角加速度，再根据角加速度估算瞬时转矩，最后得出转矩脉动。
36.具体地，对多目标函数进行优化作进一步的解释说明，多目标优化阶段主要分为
三步：首先，以最大转矩-电流比为评价对象，在不同转速下，对关断角进行离线优化，拟合出关断角关于转速的函数，用于之后的在线优化；其次，设置转速闭环控制器，通过调节参考电流使实际转速达到目标值，满足用户第一需求。最后，构建多目标函数作为评价对象，通过在线调节开通角对系统进行多目标优化。
37.下面结合附图作进一步描述：参阅图1所示，根据机电能量转换原理，输出的机械功率pm可以表示为式中，uk和ik分别代表绕组相电压和相电流，m代表绕组相数，r
esr
代表绕组的等效电阻，nr代表转子齿数；δw表示一个电气周期中绕组产生的机械能量；t
on
和t
off
分别代表开通角θ
on
和关断角θ
off
对应的时间，t
ext
代表续流电流降为零的时刻，ω表示转子角速度。因为各相等效内阻随工况发生变化，所以在计算过程中r
esr
需要进行实时更新，考虑到开关磁阻电机各相绕组磁链表达式为式中，φ0为初始磁链值，在开通角t
on
位置，初始磁链值与电流值均为0，则式中，uk和ik分别代表绕组相电压和相电流，r
esr
代表绕组的等效电阻，t
on
代表开通角θ
on
对应的时间，t
ext
代表续流电流降为零的时刻。
38.因此，等效电阻可表示为式中，uk和ik分别代表绕组相电压和相电流，t
on
代表开通角θ
on
对应的时间，t
ext
代表续流电流降为零的时刻。
39.平均转矩t
ave
可以由已求得的机械功率pm得到式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，ω表示角速度，nr表示转子齿数，δw表示一个电气周期中绕组产生的机械能量。
40.系统效率可以表示为
式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，表示一个电气周期中绕组的输入功率，表示平均转矩，ω表示角速度，u
dc
表示母线电压，i
dc
表示母线电流。
41.上述的整个计算策略，可以表示如图2所示。
42.根据运动学方程，瞬态角加速度α(t)可表示为式中，j表示转动惯量，t
l
表示负载转矩，k
ω
表示阻尼系数，tk表示每相绕组贡献的电磁转矩。在电机运行过程中，转动惯量和负载转矩均可被认为是常量，因此，角加速度α(t)可以表示为式中，k
ω
表示阻尼系数，tk表示每相绕组贡献的电磁转矩，ω表示角速度。
43.由以上分析可知，可以通过计算角加速度方式估算瞬时转矩。
44.瞬时转矩估算过程如图3所示，其中kn代表位置编码器产生的第n个脉冲,每个脉冲之间的角度差值固定为δθ，δtn表示第n个和第(n+1)个脉冲之间的时间段。
45.第n个和第(n+1)个脉冲之间的平均角速度可以表示为：考虑到位置编码器的高分辨率，tn在相邻脉冲期间可以被视为常数，因此，角加速度可以表示为式中，t
′n代表区间的瞬时转矩。
46.离线优化关断角以获得最大转矩-电流比，该转矩-电流比可确定为式中，表示平均转矩，nr表示转子齿数，i
rms
表示每相绕组的相电流均方根。
47.以三相12/8结构开关磁阻电机为例，图4显示了在不同转子速度和关断角下，当开通角设置为0
°
，相电流均方根为17a时的转矩-电流比。转矩-电流比往往随着转子速度的增加而减小。
48.以三相12/8结构开关磁阻电机为例，在不同转子速度下，将最佳关断角拟合成关于转子速度的函数，曲线拟合结果与最佳关断角的比较如图5所示，将关断角拟合成关于转
速的函数，可表示为本发明的多目标控制策略如图6所示，分为多目标控制器和转速控制器。转速控制器通过调节电流i
*
来控制实际转速n接近目标转速n
*
，同时，通过计算关断角关于转速的函数，不断调节关断角的值。
49.构建多目标函数为构建多目标函数为构建多目标函数为式中，τ表示转矩平滑系数，j表示转动惯量，λ1和λ2分别表示系统效率和转矩平滑系数的权重系数，η
max
表示系统效率的最大值，τ
max
表示转矩平滑系数的最大值，α
max
和α
min
分别表示一个电气周期内角加速度的最大值和最小值。
50.将多目标函数值作为系统性能的评估结果，通过调整开通角对多目标函数进行在线优化。
51.多目标优化流程图如图7所示。当实际转速与目标转速之差小于10r/min时（即图中的），开启多目标优化控制器，对初始开通角进行扰动，如果最新的性能得到改善（即图中的），则会刷新优化的角度（即图中的），否则，根据改变的扰动（即δθ=-δθ/2）刷新优化角度。在优化过程中，δθ为扰动角度，θa为最小扰动，θ
max
为优化过程中开通角最大值。
52.实施例2本实施例提供一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制系统，其中，包括：系统效率观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出系统效率η；平均转矩观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路计算出电机平均转矩t
ave
；瞬时转矩检测模块，用于根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而求出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；构建模块，用于构建多目标函数；调节模块，用于调节优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过计算关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；评估模块，在实际转速达到目标转速之后，根据构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到最佳。
53.具体地，所述调节模块还包括拟合模块，用于将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数。
54.实施例3本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的各个步骤。
55.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
58.显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
59.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路得出系统效率η和电机平均转矩t
ave
；步骤s2，检测开关磁阻电动机的编码器位置信号，根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而得出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；步骤s3，利用步骤s1和步骤s2在线得到的系统效率η、平均转矩t
ave
和转矩脉动δt三个参数，构建多目标函数，定义多目标函数中的控制参数：开通角θ
on
和关断角θ
off
；步骤s4，以最大转矩-电流比作为关断角离线优化的评价对象，通过离线的方式优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数；步骤s5，设计转速闭环控制器，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过步骤s4拟合出的关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；步骤s6，在实际转速达到目标转速之后，根据步骤s3构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到预期目标，完成开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制过程。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，步骤s1中，设计系统效率观测器和平均转矩观测器，通过检测绕组相电压u
k
、相电流i
k
和母线电压u
dc
、母线电流i
dc
，实现系统效率和平均转矩的在线观测，其中平均转矩t
ave
表示为：式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，ω表示角速度，n
r
表示转子齿数，δw表示一个电气周期中绕组产生的机械能量；系统效率表示为式中，表示一个电气周期中绕组输出的平均机械功率，表示一个电气周期中绕组吸收的功率，表示平均转矩，ω表示角速度，u
dc
表示母线电压，i
dc
表示母线电流。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，具体包括检测开关磁阻电动机编码器位置信号，计算转子转过相邻编码器位置信号所用的时间，得出相邻位置信号间的平均角速度ω，然后根据各编码器位置区间的角速度变化计算角加速度α，再根据角加速度估算瞬时转矩t，最后得出转矩脉动δt=t
max-t
min
，其中，t
max
和t
min
分别表示瞬时转矩t的最大值和最小值。4.根据权利要求3所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在
于，步骤s3中，构建的多目标函数表示为表示为式中，τ表示转矩平滑系数，λ1+λ2=1，λ1和λ2分别表示系统效率和转矩平滑系数的权重系数，η
max
表示系统效率的最大值，τ
max
表示转矩平滑系数的最大值。5.根据权利要求4所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，步骤s4中，设置转矩-电流比为：式中，表示平均转矩，n
r
表示转子齿数，i
rms
表示每相绕组的相电流均方根；然后，通过离线的方式优化关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到目标预期值。6.根据权利要求4所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，步骤s5中，设计的转速闭环控制器，是通过不断测量实际转速与目标转速之差，利用pi控制调节参考电流来控制实际转速不断接近目标转速。7.根据权利要求6所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法，其特征在于，步骤s6中，将多目标函数值作为系统性能评估结果，通过爬山搜索法在线优化开通角，使系统总体性能得到提高。8.一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制系统，其特征在于，包括：系统效率观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路得出系统效率η；平均转矩观测器，用于根据开关磁阻电动机每个冲程的磁链电流平面上能量转换回路得出电机平均转矩t
ave
；瞬时转矩检测模块，用于根据开关磁阻电动机的瞬时角速度变化计算角加速度来得出开关磁阻电动机的瞬时转矩，从而求出开关磁阻电动机的转矩脉动δt；构建模块，用于构建多目标函数；调节模块，用于调节关断角θ
off
，使转矩-电流比的值达到最大，并将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数，利用转速闭环控制器将开关磁阻电动机的转速控制设置为最高优先级，通过转速闭环控制器使实际转速不断逼近直至达到目标转速，并在转速调节过程中，通过关于转速的函数，不断调整关断角θ
off
的值；评估模块，在实际转速达到目标转速之后，根据构建的多目标函数作为评估结果，在线优化开通角θ
on
，使开关磁阻电动机的样机参数性能达到预期目标。9.根据权利要求8所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制系统，其特征在于，所述调节模块还包括拟合模块，用于将多个转速下优化的关断角θ
off
结果拟合成关于转速的函数。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征
在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法的各个步骤。

技术总结
本发明涉及开关磁阻电机系统控制技术领域，尤其是涉及一种开关磁阻电动机改进转矩估算及多目标控制方法。包括设计系统效率观测器、平均转矩观测器，提出瞬时转矩的在线估算方法，构建多目标函数，通过优化开通和关断角来提高开关磁阻电动机的整体性能。其中构建多目标函数是利用系统效率、平均转矩和转矩脉动三个参数构建能够反应系统整体性能的函数,然后通过优化开通来提高开关磁阻电动机的整体性能。本发明可以避免单目标优化，提出的瞬时转矩在线估算方法易于实现且能够良好的反应转矩脉动，所提出的控制策略可以灵活地应用于不同结构的开关磁阻电动机。不同结构的开关磁阻电动机。不同结构的开关磁阻电动机。


技术研发人员：王青 刘诚 王林强 万晓凤 黄江贵 蒋宗文
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/20