一种开关磁阻电机的电压斩波控制方法和装置与流程

本申请涉及电机拖动技术领域，更具体地说，涉及一种开关磁阻电机的电压斩波控制方法和装置。

背景技术：

应用于开关磁阻电机的控制方法传统上有电流斩波控制方法(CCC)、电压斩波控制方法(CVC)、角度位置控制方法(APC)。其中电流斩波控制方法常用于低速控制、角度位置控制方法则常用于高速控制，而电压斩波控制方法则既可用于低速也可用于高速，相较其他两种控制方法其应用范围要更为广泛一些。图1为开关磁阻电机的电压斩波控制方法的控制框图，在开关磁阻电机处于重叠换相阶段时，因当前导通相和下一相所处各自导通周期的不同阶段，而其相同的占空比会产生不同升降比例的电流，从而会产生较大的转矩脉动，进而会导致开关磁阻电机在运行时产生较大的运行噪声。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种开关磁阻电机的电压斩波控制方法和装置，用于对开关磁阻电机进行控制，以降低该开关磁阻电机的运行噪声。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种开关磁阻电机的控制方法，应用于所述开关磁阻电机的电压斩波控制系统，包括：

检测所述开关磁阻电机是否处于单相导通阶段；

如处于所述单相导通阶段，则利用所述电压斩波控制系统的比例积分装置输出的占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制；

如不是处于所述单相导通阶段，并将所述占空比值乘以预设第一比例系数对所述当前相的驱动电压的占空比进行控制，所述预设第一比例系数为小于1的正数；

同时，将所述占空比值乘以预设第二比例系数对所述当前相的下一相的驱动电压的占空比进行控制，所述预设第二比例系数为大于1的正数。

可选的，所述预设第一比例系数还通过以下步骤进行修正：

判断相邻两换相点前一刻单相电流值之差是否大于预设第一电流差值；

如小于或等于所述预设第一电流差值，则不对所述预设第一比例系数进行修正；

如大于所述预设第一电流差值，则判断所述当前相的驱动电流的升幅是否小于预设第一电流升幅；

如小于或等于所述预设第一电流升幅，则将所述预设第一比例系数减小预设第一修正值；

如大于所述预设第一电流升幅，则将所述预设第一比例系数减小预设第二修正值；所述第二修正值大于所述第一修正值；

判断换相重叠导通时的两相电流之和与换相前的单相电流之差是否大于预设第二电流差值；

如小于或等于所述预设第二电流差值则停止修正；

如大于所述预设第二电力差值，则返回到判断所述当前相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第一电流升幅步骤。

可选的，所述预设第一电流差值为所述开关磁阻电机的平均运行电流的10％；

所述预设第一电流升幅为所述平均运行电流的20％；

所述预设第二电流差值为所述平均运行电流的10％。

可选的，所述预设第二比例系数还通过以下步骤进行修正：

判断相邻两换相点前一刻单相电流值之差是否大于预设第三电流差值；

如小于或等于所述预设第三电流差值，则不对所述预设第二比例系数进行修正；

如大于所述预设第三电流差值，则判断所述当前相的下一相的驱动电流的升幅是否小于预设第二电流升幅；

如小于或等于所述预设第二电流升幅，则将所述预设第二比例系数增加预设第三修正值；

如大于所述预设第二电流升幅，则将所述预设第二比例系数增加预设第四修正值；所述第四修正值大于所述第三修正值；

判断换相重叠导通时的两相电流之和与换相前的单相电流之差是否大于预设第四电流差值；

如小于或等于所述预设第四电流差值则停止修正；

如大于所述预设第四电力差值，则返回到判断所述下一相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第二电流升幅步骤。

可选的，所述预设第三电流差值为所述开关磁阻电机的平均运行电流的10％；

所述预设第二电流升幅为所述平均运行电流的20％；

所述预设第四电流差值为所述平均运行电流的10％。

一种开关磁阻电机的控制装置，应用于所述开关磁阻电机的电压斩波控制系统，包括：

换相检测模块，用于检测所述开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，当所述开关磁阻电机处于单相导通阶段时输出单相导通信号，否则输出换相信号；

第一占空比控制器，用于根据所述单相导通信号和所述电压斩波控制系统的比例积分装置输出的占空比值对所述电压斩波控制系统的逆变器的占空比进行控制；

第二占空比控制器，用于根据所述换相信号将所述占空比值乘以预设第一比例系数对所述当前相的驱动电压的占空比进行控制，所述预设第一比例系数为小于1的正数，同时还用于将所述占空比值乘以预设第二比例系数对所述当前相的下一相的驱动电压的占空比进行控制，所述预设第二比例系数为大于1的正数。

可选的，还包括预设第一比例系数修正模块，所述预设第一比例系数修正模块包括：

第一判断单元，用于判断相邻两换相点前一刻单相电流值相差是否大于预设第一电流差值；如小于或等于所述预设第一电流差值，则不对所述预设第一比例系数进行修正；

第二判断单元，用于如所述相邻两换相点前一刻单相电流值之差大于所述预设第一电流差值时，判断所述当前相的驱动电流的升幅是否小于预设第一电流升幅，如小于或等于所述第一电流升幅则输出第一修正指令，否则输出第二修正指令；

第一修正单元，用于根据所述第一修正指令将所述预设第一比例系数减小预设第一修正值；

第二修正单元，用于根据所述第二修正指令将所述预设第一比例系数减小预设第二修正值；所述第二修正值大于所述第一修正值；

第三判断单元，用于判断换相重叠导通时的两相电流之和与换相前的单相电流之差是否大于预设第二电流差值；如小于或等于所述预设第二电流差值则停止修正；如大于所述预设第二电流差值，则控制所述第二判断单元继续对所述当前相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第一电流升幅进行判断。

可选的，所述预设第一电流差值为所述开关磁阻电机的平均运行电流的10％；

所述预设第一电流升幅为所述平均运行电流的20％；

所述预设第二电流差值为所述平均运行电流的10％。

可选的，还包括第二比例系数修正模块，所述预设第二比例系数修正模块包括：

第四判断单元，用于判断相邻两换相点前一刻单相电流值之差是否大于预设第三电流差值；如小于或等于所述预设第三电流差值，则不对所述预设第二比例系数进行修正；

第五判断单元，用于当所述相邻两换相点前一刻单相电流值之差大于所述预设第三电流差值时，判断所述当前相的下一相的驱动电流的升幅是否小于预设第二电流升幅，如小于或等于所述预设第二电流升幅则输出第三修正指令，否则输出第四修正指令；

第三修正单元，用于根据所述第三修正指令将所述预设第二比例系数增加预设第三修正值；

第四修正单元，用于根据所述第四修正指令将所述预设第二比例系数增加预设第四修正值；所述第四修正值大于所述第三修正值；

第六判断单元，用于判断换相重叠导通时的两相电流之和与换相前的单相电流之差是否大于预设第四电流差值；如小于或等于所述预设第四电流差值则停止修正；如大于所述预设第四电流差值，则控制所述第五判断单元继续判断所述下一相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第二电流步骤。

可选的，所述预设第三电流差值为所述开关磁阻电机的平均运行电流的10％；

所述预设第二电流升幅为所述平均运行电流的20％；

所述预设第四电流差值为所述平均运行电流的10％。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种开关磁阻电机的控制方法和装置，该控制方法和装置应用于电压斩波控制系统。该方法和装置首先检测开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，如处于单相导通阶段则以比例积分模块输出的占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制；如处于重叠换相阶段则将比例积分模块输出占空比值进行相应调整后分别对当前相的驱动电压的占空比和下一相的驱动电压的占空比进行调节，即将当前相的驱动电压的占空比调低，相反则将下一相的驱动电压的占空比调高，即控制重叠换相阶段两相电流幅值之和与换相前单相导通时的相电流幅值基本相同，从而能够大幅减少重叠换相时的转矩脉动，也就能够大幅降低开关磁阻电机的运行噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的开关磁阻电机的电压斩波控制方法的控制框图；

图2为本申请实施例提供的一种开关磁阻电机的控制方法的流程图；

图3为本申请提供的预设第一比例系数修正方法的流程图；

图4为本申请提供的预设第二比例系数修正方法的流程图；

图5为本申请另一实施例提供的一种开关磁阻电机的控制装置的示意图；

图6为本申请提供的另一种开关磁阻电机的控制装置的示意图；

图7为本申请提供的一种预设第一比例系数修正模块的示意图；

图8为本申请提供的一种预设第二比例系数修正模块的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图2为本申请实施例提供的一种开关磁阻电机的控制方法的流程图。

如图2所示，本实施例提供的控制方法应用于开关磁阻电机的电压斩波控制系统，具体控制方法详见下述步骤：

S101：检测开关磁阻电机是否处于单相导通阶段。

在开关磁阻电机的电压斩波控制系统中，一般通过编码器检测转子的位置信号，通过对该位置信号的计算得到转子相对于定子的位置信息。通过对该位置信息的判断即可确定开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，如果处于单相导通阶段，则执行步骤S102；如不是处于单相导通阶段，则说明开关磁阻电机进入重叠导通阶段，即当前相和下一相同时导通，此时执行步骤S103。

S102：保持当前占空比不变。

如果开关磁阻电机处于单相导通阶段，则将电压斩波控制系统中的比例积分装置输出的占空比值直接输出到逆变器，以当前占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制。

S103：对当前相的占空比和下一相的占空比进行调节。

如果开关磁阻电机不是处于单相导通阶段，即开关磁阻电机进入重叠导通阶段，具体说就是其当前相和下一相同时导通。则此时将比例积分装置输出的占空比值乘以预设第一比例系数，然后输入逆变器，以对当前相的驱动电压的占空比进行控制；同时将上述占空比值乘以预设第二比例系数，然后输入逆变器，以对当前相的下一相的驱动电压的占空比进行控制。

上述的预设第一比例系数为小于1的正数，预设第二比例系数为大于1的正数。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种开关磁阻电机的控制方法，该控制方法应用于电压斩波控制系统。该方法首先检测开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，如处于单相导通阶段则以比例积分模块输出的占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制；如处于重叠换相阶段则将比例积分模块输出占空比值进行相应调整后分别对当前相的驱动电压的占空比和下一相的驱动电压的占空比进行调节，即将当前相的驱动电压的占空比调低，相反则将下一相的驱动电压的占空比调高，即控制重叠换相阶段两相电流幅值之和与换相前单相导通时的相电流幅值基本相同，从而能够大幅减少重叠换相时的转矩脉动，也就能够大幅降低开关磁阻电机的运行噪声。

在本实施例中预设第一比例系数和预设第二比例系数均为一个适应开关磁阻电机的驱动电流的变量，该变量可以预先标定，并在电机运行过程中进行修正，具体修正过程如下面所述。

预设第一比例系数的修正步骤如图3所示，包括：

S201：判断电流值之差是否大于预设第一电流差值。

对相邻两换相点前的单相的电流分别进行记录并比较，当该单相实际为当前导通相和下一运行阶段的单独导通相，即当前导通相的下一相，然后将这两相单独导通时的电流求差，作为所谓的电流值之差，并与预设第一电流差值进行比较。该预设第一电流差值优选该开关磁阻电机的平均运行电流的10％。

如果相邻两换相点前一刻单相电流值之差小于预设第一电流差值，则结束修正，即不对预设第一比例系数进行修正。

S202：判断当前相的驱动电流的升幅是否小于预设第一电流升幅。

该预设第一电流升幅优选该开关磁阻电机的平均运行电流的20％。

S203：将预设第一比例系数减小预设第一修正值。

如果该升幅小于或等于预设第一电流升幅，则将预设第一比例系数减小预设第一修正值，然后执行步骤S205。

S204：将预设第一比例系数减小预设第二修正值。

如果该升幅大于预设第一电流升幅，则将预设第一比例系数减小预设第二修正值，然后执行步骤S205。

在选取前面所提到的预设第一修正值和预设第二修正值时，需要考虑精度控制要求和实际系统参数，选的越小则系统精度越高，但是相应会增加系统的计算量，造成系统不稳定。并且，预设第二修正值大于预设第一修正值。

S205：判断两相电流和是否小于预设第二电流差值。

当进行完步骤S203或步骤S204的修正后，进一步判断重叠换相期间的当前导通相和下一相的两相驱动电流和是否小于预设第二电流差值，该预设第二电流差值优选该开关磁阻电机在当前负载情况下的平均运行电流的10％。

如果两相电流和小于预设第二电流差值，则结束本次修正，如果还是大于预设第二电流差值则转到步骤S202。

对于上面所提及的预设第一电流升幅还可以选择运行电流的上升率，在本实施例的一个具体应用中，开关磁阻电机的功率为8kW，当选择30A/s作为控制上升率时，能够取得很好的控制效果。

预设第二比例系数的修正步骤如图4所示，包括：

S301：判断电流值之差是否大于预设第三电流差值。

对相邻两换相点前的单相的电流分别进行记录并比较，当该单相实际为当前导通相和下一运行阶段的单独导通相，即当前导通相的下一相，然后将这两相单独导通时的电流求差，作为所谓的电流值之差，并与预设第三电流差值进行比较。

该预设第三电流差值优选该开关磁阻电机的平均运行电流的10％。

如果相邻两换相点前一刻单相电流值之差小于预设第三电流差值，则结束修正，即不对预设第三比例系数进行修正。

S302：判断下一相的驱动电流的升幅是否小于预设第二电流升幅。

该预设第二电流升幅优选该开关磁阻电机的平均运行电流的20％。

S303：将预设第二比例系数增加预设第三修正值。

如果该升幅小于或等于预设第二电流升幅，则将预设第二比例系数减小预设第三修正值，然后执行步骤S305。

S304：将预设第二比例系数增加预设第四修正值。

如果该升幅大于预设第二电流升幅，则将预设第二比例系数减小预设第四修正值，然后执行步骤S305。

在选取前面所提到的预设第三修正值和预设第四修正值时，需要考虑精度控制要求和实际系统参数，选的越小则系统精度越高，但是相应会增加系统的计算量，造成系统不稳定。并且，预设第四修正值大于预设第三修正值。

S305：判断两相电流和是否小于预设第四电流差值。

当进行完步骤303或步骤S304的修正后，进一步判断重叠换相期间的当前导通相和下一相的两相驱动电流和是否小于预设第四电流差值，该预设第四电流差值优选开关磁阻电机在当前负载情况下的平均运行电流的10％。

如果两相电流和小于预设第四电流差值则结束本次修正，如果还是大于预设第二电流差值则转到步骤S302。

从上面实际操作步骤可以看出，预设第一电流差值与预设第三电流差值相同，预设第二电流差值与预设第四电流差值相同，预设第一电流升幅与预设第二电流升幅相同。

实施例二

图5为本申请另一实施例提供的一种开关磁阻电机的控制装置的示意图。

如图5所示，本实施例提供的开关磁阻电机的控制装置包括换相检测模块10、第一占空比控制器20和第二占空比控制器30。

换相检测模块10用于检测该开关磁阻电机是否处于单相导通阶段。

在开关磁阻电机的电压斩波控制系统中，该换相检测模块10通过编码器检测转子的位置信号，并通过对该位置信号的计算得到转子相对于定子的位置信息。通过对该位置信息的判断即可确定开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，如果处于单相导通阶段，则输出反映该开关磁阻电机处于单相导通阶段的单相导通信号；否则说明开关磁阻电机进入重叠导通阶段，即当前相和下一相同时导通，此时只输出换相信号。

第一占空比控制器20则根据单相导通信号将电压斩波控制系统中的比例积分装置输出的占空比值直接输出到逆变器，使逆变器以当前占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制。

第二占空比控制器30则根据换相信号将比例积分装置输出的占空比值乘以预设第一比例系数，然后输入逆变器，以对当前相的驱动电压的占空比进行控制；同时将上述占空比值乘以预设第二比例系数，然后输入逆变器，以对当前相的下一相的驱动电压的占空比进行控制。

上述的预设第一比例系数为小于1的正数，预设第二比例系数为大于1的正数。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种开关磁阻电机的控制装置，该控制装置应用于电压斩波控制系统。该装置首先检测开关磁阻电机是否处于单相导通阶段，如处于单相导通阶段则以比例积分模块输出的占空比值对当前相的驱动电压的占空比进行控制；如处于重叠换相阶段则将比例积分模块输出占空比值进行相应调整后分别对当前相的驱动电压的占空比和下一相的驱动电压的占空比进行调节，即将当前相的驱动电压的占空比调低，相反则将下一相的驱动电压的占空比调高，即控制重叠换相阶段两相电流幅值之和与换相前单相导通时的相电流幅值基本相同，从而能够大幅减少重叠换相时的转矩脉动，也就能够大幅降低开关磁阻电机的运行噪声。

在本实施例中预设第一比例系数和预设第二比例系数均为一个适应开关磁阻电机的驱动电流的变量，该变量可以预先标定，并在电机运行过程中进行修正，因此本控制装置还包括用于对预设第一比例系数进行修正的预设第一比例系数修正模块40和用于对预设第二比例系数进行修正的预设第二比例系数修正模块50，如图6所示。

预设第一比例系数修正模块如图7所示，包括第一判断单元41、第二判断单元42、第三判断单元43、第一修正单元44和第二修正单元45。

第一判断单元41用于判断电流值之差是否大于预设第一电流差值。

即第一判断单元41用于对相邻两换相点前的单相的电流分别进行记录并比较，当该单相实际为当前导通相和下一运行阶段的单独导通相，即当前导通相的下一相，然后将这两相单独导通时的电流求差，作为所谓的电流值之差，并与预设第一电流差值进行比较。该预设第一电流差值优选该开关磁阻电机的平均运行电流的10％。

如果相邻两换相点前一刻单相电流值之差小于预设第一电流差值，则结束修正，即不对预设第一比例系数进行修正。

第二判断单元42用于如所述相邻两换相点前一刻单相电流值之差大于所述预设第一电流差值时，判断所述当前相的驱动电流的升幅是否小于预设第一电流升幅，如小于或等于所述第一电流升幅则输出第一修正指令，否则输出第二修正指令。

该预设第一电流升幅优选该开关磁阻电机的平均运行电流的20％。

第一修正单元44用于根据第一修正指令将预设第一比例系数减小预设第一修正值。

第二修正单元45用于根据第二修正指令将预设第一比例系数减小预设第二修正值。

在选取前面所提到的预设第一修正值和预设第二修正值时，需要考虑精度控制要求和实际系统参数，选的越小则系统精度越高，但是相应会增加系统的计算量，造成系统不稳定。并且，预设第二修正值大于预设第一修正值。

第三判断单元43用于在第一修正单元44或第二修正单元45在对预设第一比例系数进行修正后，进一步判断重叠换相期间的当前导通相和下一相的两相驱动电流和是否小于预设第二电流差值，该预设第二电流差值优选开关磁阻电机在当前负载情况下的平均运行电流的10％。

如果两相电流和小于预设第二电流差值则结束本次修正，如果还是大于预设第二电流差值则控制第二判断单元42继续对当前相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第一电流升幅进行判断。

预设第二比例系数修正模块如图8所示，包括第四判断单元51、第五判断单元52、第六判断单元53、第三修正单元54和第四修正单元55。

第四判断单元51用于判断电流值之差是否大于预设第三电流差值。

即第四判断单元51用于对相邻两换相点前的单相的电流分别进行记录并比较，当该单相实际为当前导通相和下一运行阶段的单独导通相，即当前导通相的下一相，然后将这两相单独导通时的电流求差，作为所谓的电流值之差，并与预设第三电流差值进行比较。该预设第三电流差值优选该开关磁阻电机的平均运行电流的10％。

如果相邻两换相点前一刻单相电流值之差小于预设第三电流差值，则结束修正，即不对预设第三比例系数进行修正。

第五判断单元52用于当相邻两换相点前一刻单相电流值之差大于该预设第三电流差值时，判断当前相的下一相的驱动电流的升幅是否小于预设第二电流升幅，如小于或等于所述预设第二电流升幅则输出第三修正指令，否则输出第四修正指令。

该预设第二电流升幅优选该开关磁阻电机的平均运行电流的20％。

第三修正单元54用于根据第三修正指令将预设第二比例系数增加预设第三修正值。

第四修正单元55用于根据第四修正指令将预设第二比例系数增加预设第四修正值。

在选取前面所提到的预设第三修正值和预设第四修正值时，需要考虑精度控制要求和实际系统参数，选的越小则系统精度越高，但是相应会增加系统的计算量，造成系统不稳定。并且，预设第四修正值大于预设第三修正值。

第六判断单元53用于在第三修正单元54或第四修正单元55对预设第二比例系数进行修正后，进一步判断重叠换相期间的当前导通相和下一相的两相驱动电流和是否小于预设第四电流差值，该预设第四电流差值优选开关磁阻电机在当前负载情况下的平均运行电流的10％。

如果两相电流和小于预设第四电流差值则结束本次修正，如果还是大于预设第二电流差值则控制第五判断单元52继续对当前相的驱动电流的升幅是否小于所述预设第一电流升幅进行判断。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。