一种两相开关磁阻电机控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制器技术领域，具体涉及一种两相开关磁阻电机控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电动角磨机用电机要求转速高、功率大、体积小，通常采用串激电机。串激电机转子上有绕组，采用碳刷结构，容易磨损，须频繁更换碳刷，为使用带来不便。开关磁阻电机结构简单、坚固，转子上只有硅钢片，没有绕组和永磁体，可靠性高，在宽广的转速和功率范围内均具较高的效率。开关磁阻电机是机电一体化系统，必须设计专用的控制器，这在一定程度上增加了成本，但是串激电机要经常更换碳刷，从长远看，开关磁阻电机系统具有一定的成本优势。
[0003]现有开关磁阻电机控制器采用隔离变压器式的隔离电源给控制电路等供电，且每个上桥臂功率开关管的驱动都由各自独立的电源供电，电机低速运行时采用传统的电流斩波控制，需要准确带隔离的电流检测电路，隔离电源体积占用较大，成本较高，电流检测电路所需检测芯片成本较高，控制器的成本在一定程度上限制了开关磁阻电机的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种两相开关磁阻电机控制器及其控制方法，实现两相开关磁阻电机的长期安全、可靠、稳定运行，替代原有的电动角磨机用串激电机，降低了生产成本。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种两相开关磁阻电机控制器，包括:功率模块、逻辑控制模块、检测模块、电源模块和驱动t吴块；
[0007]所述功率模块与电源模块连接，逻辑控制模块与检测模块和驱动模块分别连接；
[0008]所述电源模块将功率模块产生的高压直流电转换成逻辑控制模块、检测模块和驱动模块所需的低压直流电；
[0009]将逻辑控制模块的运行状态分别设定为预启动状态、启动状态、运行状态和过流状态；在运行状态情况下，逻辑控制模块根据检测模块的输入信号，输出不同的控制信号，所述控制信号通过驱动模块控制开关管进而驱动两相开关磁阻电机的运行。
[0010]所述功率模块包括:依次连接的整流电路、电容充电限流电路、滤波电路和不对称半桥功率转换电路，实现交流转换为直流并给电机和其他模块供电的作用；
[0011]所述整流电路为全桥整流电路，电容充电限流电路为串联连接的两个限流电阻，滤波电路为滤波电容，不对称半桥功率转换电路包括:
[0012]二极管串联可控开关管组成串联支路一，电阻依次串联可控开关管和二极管组成串联支路二，所述串联支路一与串联支路二并联连接组成并联支路，两个所述并联支路并联连接。
[0013]所述逻辑控制模块包括控制芯片及外围最小电路，实现检测信号输入处理，和控制信号输出从而控制电机正常运行的功能。该控制芯片需具备以下输入输出引脚:过电流输入中断引脚I个，位置信号中断输入引脚2个，继电器控制引脚I个，高低电平输出引脚2个，PffM输出引脚2个，总计9引脚芯片，即该系统可用8位单片机实现控制两相开关磁阻电机的功能。
[0014]所述检测模块包括:电流检测电路和转子位置检测电路，检测电机绕组电流和转子位置的作用；
[0015]所述电流检测电路包括:比较器、二极管D1、二极管D2、电容Cl和电阻R5 ;
[0016]电机两相电流采样后分别通过比较器与电流上限值做比较，比较器的输出值分别经过二极管Dl和二极管D2后合并为一个信号输出；电容Cl的一端与二极管Dl的输出端连接，另一端接地；电阻R5的一端与二极管D2的输出端连接，另一端接地。
[0017]所述转子位置检测电路包括:第一输出钳位电路、第二输出钳位电路、第一霍尔元件和第二霍尔元件；
[0018]逻辑控制模块输出的控制信号分别经过第一输出钳位电路和第二输出钳位电路以后接地；
[0019]电阻R48的一端与第二输出钳位电路连接，另一端连接第二霍尔元件；
[0020]电阻R49的一端与第一输出钳位电路连接，另一端连接第一霍尔元件；
[0021]电阻R44和电阻R45串联后，一端连接在电阻R48和第二霍尔元件之间，另一端连接在电阻R49和第一霍尔元件之间。
[0022]所述驱动模块包括:逻辑控制模块输出的PWM、SD控制信号分别经过输出输出钳位电路与驱动芯片连接，驱动芯片根据接收到的控制信号驱动可控开关管。
[0023]所述输出钳位电路包括两个同向串联连接的二极管。
[0024]所述功率模块、逻辑控制模块、检测模块和驱动模块所用电源为直流斩波式电源芯片进行直流斩波供给，没有电气隔离。
[0025]—种两相开关磁阻电机控制器的控制方法，包括:
[0026]将电机逻辑控制模块的运行状态分别设定为预启动状态、启动状态、运行状态和过流状态；在运行状态情况下，逻辑控制模块根据电机转速的不同，将电机运行状态设定在零速状态、低速状态和高速运行状态；对不同转速进行不同控制，具体包括:
[0027]在零速状态下，通过霍尔状态反映出电机定转子的相对位置，来确定给电机的某一相通电，通电时间固定，使电机尽可能大转矩启动，当电机启动后，进入低速运行状态。
[0028]在低速状态下，输入母线电压已知，在检测出电机转速后，已知电机最大工作电流(电机设计时给出)和转速，通过电机特性，可以确定电机在该最大电流和转速下的最大电压值，占空比为该转速下最大电压值与母线电压值之比且不大于1，从而可以确定占空比，从而使电机在不过流情况下保证电机输出转矩最大，在低速状态下，开通关断角由霍尔信号的变化决定。
[0029]在高速状态下，给定电机正常工作转速，所述工作转速与通过霍尔元件检测到的电机转速比较后进行转速调节，形成电机转速外环控制；
[0030]确定当前转速下和当前占空比下的电机电流，进行电流内环控制即先判断当前电流值是否达到当前转速的最大电流，如果超过当前转速的最大电流则减小占空比，如果没有达到当前转速的最大电流则增加占空比，占空比的增加或减小的多少由电流调节器(PI调节器)调节，并限定占空比最大输出为1，最小输出为O。此时从而确定电机占空比，开通关断角由转速调节，当进入高速时开通关断角较低速时提前，其中开通角提前45度的电角度，关断角提前90度的电角度，通过控制芯片的计时器实现；
[0031]电机逻辑控制模块的预启动状态、启动状态、运行状态和过流状态具体为:
[0032]逻辑控制模块接入工频电源，滤波电路电压达到开关电源芯片的工作电压后，开关电源输出逻辑控制模块的控制芯片的工作电压，控制芯片进入上电复位状态，复位后控制芯片进入预启动状态；
[0033]控制芯片控制继电器吸合，预启动状态结束进入启动状态；
[0034]在启动状态，当电机转速不为零速时，启动状态结束，进入运行状态；
[0035]电机两相电流中，只要有一相过电流产生，便对控制芯片输出过电流信号，控制芯片进入过电流状态，在过流状态中，控制芯片将所有开关管关断，PWM占空比限定值设为零，此时电机没有电源输入，各相电流会逐渐减小，保持该状态2S，2S后系统重新进入预启动状态。
[0036]本发明的有益效果为:
[0037](I)采用两相开关磁阻电机代替角磨机串激电机，免维护，成本低；
[0038](2)采用两相结构，减少了控制器功率开关管的数量，降低了成本；
[0039](3)控制器电源通过直流斩波实现，没有隔离变压器，体积小，结构简单，成本低。
[0040](4)控制器电流两相采样，合成一路电流过流中断输入信号，减少控制器资源，保证系统安全可靠；
[0041](5)采用系统状态控制，使系统安全稳定；电机转速分级控制，对不同转速进行不同控制，实现电机安全可靠运行；
[0042](6)通过电机特性，通过电机转速来确定PffM占空比最大值，保证电机输出转矩最大化同时满足不过流的要求，使电机运行可靠，