一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法
【专利摘要】一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法，所述控制装置由处理器、功率变换器、电流检测接口电路和开关磁阻电机构成。在合理选择开通关断角且电机转速恒定情况下，调节占空比大小改变施加在电机绕组相上电压平均值可以使得电流在电感开始上升的位置处出现最大值，向处理器中输入一个固定频率的脉冲，处理器对固定频率的脉冲进行脉冲计数，通过计算各相电流最大值间脉冲数计算出电机的转速和位置。本发明具有节约成本、实行简单、容错能力强、控制灵活等优点。
【专利说明】一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关磁阻电机控制【技术领域】，尤其是一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]已知，开关磁阻电机的运行需要正确的转子位置才能正常运行，但是安装位置编码器会增加整个系统的复杂程度，降低系统的坚固性，而且位置编码器容易受环境因素影响，不能在恶劣的工业环境使用，因此开关磁阻电机无位置传感器控制装置及方法的研究具有重要意义。开关磁阻电机无位置传感器技术从出现就得到了很快的发展，国内外的学者给出了很多的无位置检测方案，目前的无位置传感器检测方法大致可以分为以下几类:
(I)磁链/电流法；⑵互感电压检测法；⑶脉冲注入法；⑷电流梯度检测法；(5)智能控制方法。
[0003]其中，电流梯度检测法利用相电流在定转子磁极开始重叠时出现电流梯度过零变化的波形特点，通过检测该电流梯度确定转子位置。该方法不需要预先获取电机磁化特性曲线等参数，进而也将无需对电感、磁链等参数进行测量，可适用各种开关磁阻电机。
[0004]但是，电流梯度检测法存在如下缺点:需要搭建电流梯度检测电路；电机低速运行时，因单位时间内的电流变化量小，导致电流梯度检测精度的减小，使得无法在低速下适用；此外，该方法容错能力较差，体现在当电流受到干扰出现电流毛刺时，会出现电流梯度的过零变化，得到错误的检测位置。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于克服电流梯度检测法中的不足，提供一种容错能力强、在低速情况下依然适用的开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法。
[0006]为实现上述目的，采用了以下技术方案:
[0007]本发明一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置，所述控制装置包括功率变换器、电流检测接口电路、开关磁阻电机、处理器；处理器分别与功率变换器、电流检测接口电路相连接，功率变换器分别与处理器、电流检测接口电路、开关磁阻电机相连接，电流检测接口电路分别与处理器、功率变换器、开关磁阻电机相连接。
[0008]所述处理器包括开通位置脉冲数计算单元、关断位置脉冲数计算单元、相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元、最大电流对应位置脉冲数计算单元、脉冲计数器、转速计算单元、速度调节器、电压PWM控制器、第一延迟环节、第二延迟环节、第三延迟环节；
[0009]关断位置脉冲数计算单元的输出端分别与电压PWM控制器输入端、开通位置脉冲数计算单元输入端相连接，关断位置脉冲数计算单元的输出端与第一延迟环节连接后再分别与关断位置脉冲数计算单元输入端、脉冲计数器、第二延迟环节相连，关断位置脉冲数计算单元的输出端依次连接第一延迟环节、第二延迟环节后另与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元的输入端连接；
[0010]相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元的输出端分别与开通位置脉冲数计算单元输入端、关断位置脉冲数计算单元输入端、转速计算单元输入端相连接；脉冲计数器的输出端分别与最大电流对应位置脉冲数计算单元输入端、电压PWM控制器输入端相连接；开通位置脉冲数计算单元输入端另与开通角θ?、关断角Θ的输入信号相连接；
[0011]速度调节器输入端与转速给定信号、转速计算单元输出端连接，速度调节器输出端与电压PWM控制器的输入端连接，电压PWM控制器的输出端与功率变换器的输入端连接;
[0012]最大电流对应位置脉冲数计算单元的输入端与电流检测接口电路连接，最大电流对应位置脉冲数计算单元的输出端分别与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元输入端、关断位置脉冲数计算单元输入端直接连接，最大电流对应位置脉冲数计算单元的输出端另与第三延迟环节连接后再与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元输入端连接。
[0013]本发明还提供了一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置进行控制的方法，将ω；作为转速给定信号输入给处理器，同时将电流检测接口电路检测出来的各相电流信号传输给处理器；处理器根据转速给定信号ω/、开通角θ?、关断角θ。^以及各相电流信号实现控制方法，并输出相应的控制信号给功率变换器，控制开关磁阻电机的实际转速跟踪上给定转速；
[0014]所述控制方法具体步骤如下:
[0015](I)利用脉冲计数器对一个固定频率的脉冲进行脉冲计数，脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，关断当前相，k表示当前相；
[0016](2)在脉冲计数器的计数过程中，利用电流检测接口电路得到各相电流信号，并将各相电流信号输入到处理器内最大电流对应位置脉冲数计算单元中，最大电流对应位置脉冲数计算单元得到当前相的最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO，并保存到最大电流对应位置脉冲数计算单元；当前相最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO的获取方法为:对当前相的电流进行采样，并与已保存在最大电流对应位置脉冲数计算单元中的电流进行比较，把较大的电流值和其对应位置脉冲计数值保存到最大电流对应位置脉冲数计算单元中，直到当前相关断为止；如果新采样的电流值比保存的电流值大，则最大电流对应位置脉冲数计算单元更新保存新采样的电流值和其对应位置脉冲计数值，如果新采样的电流值比保存的电流值小，则最大电流对应位置脉冲数计算单元中不更新已保存的电流值和其对应位置脉冲计数值；由此当脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值Noff(k)时，最大电流对应位置脉冲数计算单元中保存的电流值和其对应位置脉冲计数值即为当前相最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO。
[0017](3)在脉冲计数器的计数过程中，当计数到后一相开通位置对应脉冲计数值Non (k+1)时，开通后一相，k+Ι表不后一相；
[0018](4)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元利用前一相关断位置对应脉冲计数值Ntjff (k-Ι)、前一相的最大电流对应位置脉冲计数值Nimax (k-Ι)、当前相的最大电流对应位置脉冲数值Nimax (k)，通过下式
[0019]N/ (k) = Nimax (k)-Nimax (k-1)+Noff(k-1)
[0020]计算得到相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值N/ (k);为抑制最大电流对应位置脉冲数计算单元中当前相最大电流的检测误差对相邻两相最大电流对应位置间脉冲数的影响，可对N/ (k)进行滤波得到Nt(k)，k-Ι表示前一相；
[0021](5)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，关断位置脉冲数计算单元利用相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值Nt (k)、当前相最大电流对应位置脉冲计数值Nimax (k)、当前相关断位置脉冲计数值Ntjff (k)，
[0022]通过下式
[0023]Noff (k+l) = P.Nt (k) - (Noff (k) -Nimax (k))
[0024]计算得到后一相关断位置脉冲计数值Ntjff (k+l)，P表示理想情况下当前相最大电流对应位置到后一相关断位置之间距离与相邻两相最大电流对应位置间距离的比值；
[0025](6)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，开通位置脉冲数计算单元利用开通角Gm、关断角9。?、相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值乂(10、后一相关断位置脉冲计数值Ntjff (k+l)，通过下式
【权利要求】
1.一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置，其特征在于:所述控制装置包括功率变换器、电流检测接口电路、开关磁阻电机、处理器；处理器分别与功率变换器、电流检测接口电路相连接，功率变换器分别与处理器、电流检测接口电路、开关磁阻电机相连接，电流检测接口电路分别与处理器、功率变换器、开关磁阻电机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置，其特征在于:所述处理器包括开通位置脉冲数计算单元、关断位置脉冲数计算单元、相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元、最大电流对应位置脉冲数计算单元、脉冲计数器、转速计算单元、速度调节器、电压PWM控制器、第一延迟环节、第二延迟环节、第三延迟环节； 关断位置脉冲数计算单元的输出端分别与电压PWM控制器输入端、开通位置脉冲数计算单元输入端相连接，关断位置脉冲数计算单元的输出端与第一延迟环节连接后再分别与关断位置脉冲数计算单元输入端、脉冲计数器、第二延迟环节相连，关断位置脉冲数计算单元的输出端依次连接第一延迟环节、第二延迟环节后另与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元的输入端连接； 相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元的输出端分别与开通位置脉冲数计算单元输入端、关断位置脉冲数计算单元输入端、转速计算单元输入端相连接；脉冲计数器的输出端分别与最大电流对应位置脉冲数计算单元输入端、电压PWM控制器输入端相连接；开通位置脉冲数计算单元输入端另与开通角θ?、关断角Θ的输入信号相连接； 速度调节器输入端与转速给定信号、转速计算单元输出端连接，速度调节器输出端与电压PWM控制器的输入端连接，电压PWM控制器的输出端与功率变换器的输入端连接； 最大电流对应位置脉冲数计算单元的输入端与电流检测接口电路连接，最大电流对应位置脉冲数计算单元的输出端分别与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元输入端、关断位置脉冲数计算单元输入端直接连接，最大电流对应位置脉冲数计算单元的输出端另与第三延迟环节连接后再与相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元输入端连接。
3.采用权利要求1一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置的控制方法，其特征在于:将ω/作为转速给定信号输入给处理器，同时将电流检测接口电路检测出来的各相电流信号传输给处理器；处理器根据转速给定信号ω/、开通角Gm、关断角0。?以及各相电流信号实现控制方法，并输出相应的控制信号给功率变换器，控制开关磁阻电机的实际转速《r跟踪上给定转速ω/; 所述控制方法具体步骤如下: (1)利用脉冲计数器对一个固定频率的脉冲进行脉冲计数，脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，关断当前相，k表示当前相； (2)在脉冲计数器的计数过程中，利用电流检测接口电路得到各相电流信号，并将各相电流信号输入到处理器内最大电流对应位置脉冲数计算单元中，最大电流对应位置脉冲数计算单元得到当前相的最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO，并保存到最大电流对应位置脉冲数计算单元； (3)在脉冲计数器的计数过程中，当计数到后一相开通位置对应脉冲计数值Nm(k+1)时，开通后一相，k+Ι表不后一相； (4)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，相邻两相最大电流对应位置间脉冲数计算单元利用前一相关断位置对应脉冲计数值Ntjff (k-Ι)、前一相的最大电流对应位置脉冲计数值Nimax (k-Ι)、当前相的最大电流对应位置脉冲数值Nimax (k)，通过下式
N/ (k) = Nimax (k) -Nimax (k-1) +Noff (k-1) 计算得到相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值N/ (k);为抑制最大电流对应位置脉冲数计算单元中当前相最大电流的检测误差对相邻两相最大电流对应位置间脉冲数的影响，可对N/ (k)进行滤波得到Nt(k)，k-Ι表示前一相； (5)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，关断位置脉冲数计算单元利用相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值Nt (k)、当前相最大电流对应位置脉冲计数值Nimax (k)、当前相关断位置脉冲计数值Ntjff (k)， 通过下式
Noff (k+Ι) = P.Nt (k) - (Noff (k) -Nimax (k)) 计算得到后一相关断位置脉冲计数值Ntjff (k+Ι)，P表示理想情况下当前相最大电流对应位置到后一相关断位置之间距离与相邻两相最大电流对应位置间距离的比值； (6)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，开通位置脉冲数计算单元利用开通角Gm、关断角9。?、相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值乂(10、后一相关断位置脉冲计数值Ntjff (k+Ι)，通过下式
Q
Non(k + 2) = Nolf (k + l)- 德 XNr(k)
tj
^cko 得到第(k+2)相的开通位置脉冲计数值Nm(k+2)，其中Θ.为相邻两相最大电感对应角度之差； (7)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，转速计算单元利用相邻两相最大电流对应位置间脉冲计数值Nt (k)，通过下式
ω r = q.Nt (k) 得到开关磁阻电机的实际转速其中q为速度转换系数； (8)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO时，速度调节器利用转速给定信号ω/与实际转速之差，得到占空比D%并输入到电压PWM控制器中，用于电压PWM控制器向功率变换器输出开关管控制信号； (9)脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值NtjffGO且完成以上步骤时，脉冲计数器进行清零，重新开始计数，最大电流对应位置脉冲数计算单元中保存的当前相最大电流值和其对应位置脉冲计数值清零，k值加1，重复以上步骤。
4.根据权利要求3所述的一种采用开关磁阻电机无位置传感器控制装置的控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述的当前相最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO的获取方法为:对当前相的电流进行采样，并与已保存在最大电流对应位置脉冲数计算单元中的电流进行比较，把较大的电流值和其对应位置脉冲计数值保存到最大电流对应位置脉冲数计算单元中，直到当前相关断为止；如果新采样的电流值比保存的电流值大，则最大电流对应位置脉冲数计算单元更新保存新采样的电流值和其对应位置脉冲计数值，如果新采样的电流值比保存的电流值小，则最大电流对应位置脉冲数计算单元中不更新已保存的电流值和其对应位置脉冲计数值；由此当脉冲计数器计数到当前相关断位置对应脉冲计数值Noff(k)时，最大电流对应位置脉冲数计算单元中保存的电流值和其对应位置脉冲计数值即为当前相最大电流值和其对应位置脉冲计数值NimaxGO。
【文档编号】H02P6/08GK104201948SQ201410448737
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】李珍国, 王江浩, 王红斌 申请人:燕山大学