开关磁阻电机调速系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种开关磁阻电机调速系统，包括整流滤波回路、开关磁阻电机、驱动器、控制器、位置检测单元、电源、电流检测单元、电压检测单元以及扭矩传感器；其中，所述电源，用于提供交流电；所述驱动器，用于驱动开关磁阻电机的运行；所述控制器，用于实现人机交互，给开关磁阻电机输入控制信号；所述位置检测单元，用于检测开关磁阻电机的转子位置角；所述电流检测单元，用于测量相电流；所述电压检测单元，用于测量相电压；所述扭矩传感器，用于测量电机扭矩信息。本发明中脉冲输出光耦每次输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到精确的转子位置信息。
【专利说明】
开关磁阻电机调速系统
技术领域
[0001]本发明涉及电机控制，具体地，涉及一种开关磁阻电机调速系统。
【背景技术】
[0002]由于开关磁阻电机简单的结构，低廉的成本，高鲁棒性，开关磁阻电机在各行各业都引起了很高的重视。目前已经成功应用于电动车驱动系统，家用电器，纺织机械，航空航天等众多领域中，成为传统电机的有力竞争者。
[0003]近年来，由于大功率开关器件以及数字电子技术的发展，高速低价的数字处理芯片的出现，将高性能数字处理芯片应用于开关磁阻电机的控制系统中，使得开关磁阻电机的性能大大提升，更大限度地显示出SRD的优越性。
[0004]开关磁阻电机的控制，必须保证转子位置测试的准确性，以保证精确换相，同时，需要一定的控制算法，来保证电机的运行性能。除此以外，基于单一 CHJ的控制器，也会加重控制器的负担，使得复杂的控制算法不能再控制器中实现，使得开关磁阻电机的优势不能体现。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种开关磁阻电机调速系统。
[0006]根据本发明提供的开关磁阻电机调速系统，包括整流滤波回路、开关磁阻电机、驱动器、控制器、位置检测单元、电源、电流检测单元、电压检测单元以及扭矩传感器；
[0007]其中，所述电源，用于提供交流电；所述驱动器，用于驱动开关磁阻电机的运行;所述控制器，用于实现人机交互，给开关磁阻电机输入控制信号;所述位置检测单元，用于检测开关磁阻电机的转子位置角;所述电流检测单元，用于测量相电流;所述电压检测单元，用于测量相电压;所述扭矩传感器，用于测量电机扭矩信息；
[0008]所述控制器根据所述转子位置角、相电流、电机扭矩信息、相电压生成电流电压信息和位置速度信息，进而根据所述电流电压信息和位置速度信息输出PWM控制信号；
[0009]所述驱动器根据所述PffM控制信号将滤波后的直流电源输出给开关磁阻电机；
[0010]所述整流滤波回路用于将所述电源提供的交流电整流滤波后输送至所述开关磁阻电机；
[0011]所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述控制器;所述电源通过所述整流滤波回路连接所述开关磁阻电机;所述控制器通过所述驱动器连接所述整流滤波回路。
[0012]优选地，所述控制器包括DSP和FPGA ；
[0013]所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现;所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理；
[0014]所述DSP通过所述驱动器连接所述整流滤波回路;所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述FPGA。
[0015]优选地，所述位置检测单元检测开关磁阻电机的转子位置角包括如下步骤:
[0016]步骤1:在开关磁阻电机的定子沿周向每隔37.5°安装一脉冲输出光耦；当开关磁阻电机的转子每转过7.5°时，一脉冲输出光耦提供转子的绝对位置信息；
[0017]步骤2:当脉冲输出光耦输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到转子位置信息。
[0018]优选地，还包括遮光盘;其中，所述遮光盘设置在转子轴上，能够随所述转子轴转动;脉冲输出光親设置在遮光盘内侧；
[0019]所述增量式编码器设置在开关磁阻电机的电机轴套上。
[0020]优选地，所述整流滤波回路包括整流二极管Dl、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、IGBT13、IGBTl、IGBT6、IGBT5、IGBTlO、IGBT9、IGBT8、IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBTl O、IGBTl 2 以及 IGBT8 ；
[0021]整流二极管Dl的正极连接整流二极管D4的负极，整流二极管Dl的负极连接IGBT13的C极、IGBTl的C极、IGBT3的C极、IGBT5的C极、IGBT7的C极、IGBT9的C极、IGBTl I的C极;整流二极管D4的正极连接电阻Rl的一端、IGBT4的E极、IGBT6的E极、IGBT2的E极、IGBTlO的E极、IGBT12的E极、IGBT8的E极；
[0022]整流二极管D2的正极连接整流二极管D5的负极，整流二极管D2的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D5的正极连接整流二极管D4的正极;整流二极管D3的正极连接整流二极管D6的负极，整流二极管D3的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D6的正极连接整流二极管D4的正极；电源的三相输出端分别连接整流二极管D3的正极、整流二极管D2的正极、整流二极管Dl的正极；
[0023]电容Cl的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接整流二极管D4的正极；电容C2的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接整流二极管D4的正极；电容Cl的另一端连接电容C2的另一端；
[0024]电阻Rl的另一端依次通过电阻R2、电阻R3连接IGBT13的E极；
[0025]所述驱动器分别连接IGBTl 3、IGBTl、IGBT6、IGBT5、IGBTlO、IGBT9、IGBT8 的 G极；
[0026]IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBTlO、IGBT12、IGBT8的C极均连接有整流二极管的负极，E极均连接整流二极管的正极；
[0027]所述开关磁阻电机的A相第一连接端连接IGBTl的E极、IGBTl的C极;所述开关磁阻电机的A相第二连接端连接IGBT3的E极、IGBT6的C极;所述开关磁阻电机的B相第一连接端连接IGBT5的E极、IGBT2的C极；所述开关磁阻电机的B相第二连接端连接IGBT7的E极、IGBTlO的C极;所述开关磁阻电机的C相第一连接端连接IGBT9的E极、IGBT12的C极;所述开关磁阻电机的C相第二连接端连接IGBT11的E极、IGBT8的C极。
[0028]优选地，还包括第一A/D转换芯片和第二 A/D转换芯片；
[0029]其中，所述电流检测单元通过第一A/D转换芯片电连接所述控制器;所述电压检测单元通过第二 A/D转换芯片电连接所述控制器。
[0030]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0031]1、本发明中脉冲输出光耦每次输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到精确的转子位置信息；
[0032]2、本发明中设置有整流滤波回路，整流滤波回路能够将所述电源提供的交流电整流滤波后输送至所述开关磁阻电机，同时便于驱动器对开关磁阻电机的控制。
[0033]3、本发明中信号的预处理在FPGA中实现，使得DSP的负担大大减轻，DSP只是用来实现核心算法，大大提升控制系统的运行效率和精度。
【附图说明】
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0035]图1为本发明的结构不意图；
[0036]图2为本发明的电路图；
[0037]图3为本发明中位置检测单元安装示意图；
[0038]图4为本发明中双核控制器结构示意图；
[0039]图5为本发明的调速示意框图。
[0040]图中:
[0041]I为光耦；
[0042]2为遮光盘；
[0043]3为增量式编码器。
【具体实施方式】
[0044]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0045]在本实施例中，本发明提供的开关磁阻电机调速系统，包括整流滤波回路、开关磁阻电机、驱动器、控制器、位置检测单元、电源、电流检测单元、电压检测单元以及扭矩传感器；
[0046]其中，所述电源，用于提供交流电；所述驱动器，用于驱动开关磁阻电机的运行;所述控制器，用于实现人机交互，给开关磁阻电机输入控制信号;所述位置检测单元，用于检测开关磁阻电机的转子位置角;所述电流检测单元，用于测量相电流;所述电压检测单元，用于测量相电压;所述扭矩传感器，用于测量电机扭矩信息；
[0047]所述整流滤波回路用于将所述电源提供的交流电整流滤波后输送至所述开关磁阻电机；
[0048]所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述控制器;所述电源通过所述整流滤波回路连接所述开关磁阻电机;所述控制器通过所述驱动器连接所述整流滤波回路。
[0049]所述控制器包括DSP和FPGA;
[0050]所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现;所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理；
[0051]所述DSP通过所述驱动器连接所述整流滤波回路;所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述FPGA。
[0052]其中FPGA的具体功能为:采集到的电流电压以及位置信号的消抖滤波，转子位置的估计，实现转速的实时计算，并且将位置信息、电流电压信息以及速度信息输出到DSP，用于DSP的控制。其中DSP的具体功能为:实现内环控制一电流的闭环控制，实现外环控制一速度的闭环控制。其中电流的闭环控制和速度的闭环控制可以由不同的控制算法实现，可以由最经典的PID控制算法实现也可以由神经网络等智能算法实现。信号的预处理在FPGA中实现，使得DSP的负担大大减轻，DSP只是用来实现核心算法，大大提升控制系统的运行效率和精度。
[0053]所述位置检测单元检测开关磁阻电机的转子位置角包括如下步骤:
[0054]步骤1:在开关磁阻电机的定子沿周向每隔37.5°安装一脉冲输出光耦；当开关磁阻电机的转子每转过7.5°时，一脉冲输出光耦提供转子的绝对位置信息；
[0055]步骤2:当脉冲输出光耦输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到精确的转子位置信息。
[0056]所述脉冲输出光耦的数量为四个，四个脉冲输出光耦根据格雷码规则发射脉冲；一个电周期有8次脉冲输出变化，同时此脉冲作为增量式编码器的误差清零信号。增量式编码器的分辨率为4096PPR，光耦每次输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到精确的转子位置信息。其中，一个电周期对应转子转动60度。
[0057]本发明提供的开关磁阻电机调速系统，还包括遮光盘;其中，所述遮光盘设置在转子轴上，能够随所述转子轴转动;所述增量式编码器设置在开关磁阻电机的电机轴套上；
[0058]脉冲输出光耦设置在遮光盘内侧。
[0059]所述整流滤波回路包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管
04、整流二极管05、整流二极管06、电容(:1、电容02、电容03、电容04、1681'13、1681'1、168丁6、IGBT5、IGBTlO、IGBT9、IGBT8、IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBT10、IGBT12 以及 IGBT8 ；
[0060]整流二极管DI的正极连接整流二极管D4的负极，整流二极管DI的负极连接IGBT13的C极、IGBTl的C极、IGBT3的C极、IGBT5的C极、IGBT7的C极、IGBT9的C极、IGBTl I的C极;整流二极管D4的正极连接电阻Rl的一端、IGBT4的E极、IGBT6的E极、IGBT2的E极、IGBTlO的E极、IGBT12的E极、IGBT8的E极；
[0061]整流二极管D2的正极连接整流二极管D5的负极，整流二极管D2的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D5的正极连接整流二极管D4的正极;整流二极管D3的正极连接整流二极管D6的负极，整流二极管D3的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D6的正极连接整流二极管D4的正极；电源的三相输出端分别连接整流二极管D3的正极、整流二极管D2的正极、整流二极管Dl的正极；
[0062]电容Cl的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接整流二极管D4的正极；电容C2的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接整流二极管D4的正极；电容Cl的另一端连接电容C2的另一端；
[0063]电阻Rl的另一端依次通过电阻R2、电阻R3连接IGBT13的E极；
[0064]所述驱动器分别连接IGBTl 3、IGBTl、IGBT6、IGBT5、IGBTlO、IGBT9、IGBT8 的 G极；
[0065]IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBTlO、IGBT12、IGBT8的C极均连接有整流二极管的负极，E极均连接整流二极管的正极；
[0066]所述开关磁阻电机的A相第一连接端连接IGBTl的E极、IGBTl的C极;所述开关磁阻电机的A相第二连接端连接IGBT3的E极、IGBT6的C极;所述开关磁阻电机的B相第一连接端连接IGBT5的E极、IGBT2的C极；所述开关磁阻电机的B相第二连接端连接IGBT7的E极、IGBTlO的C极;所述开关磁阻电机的C相第一连接端连接IGBT9的E极、IGBT12的C极;所述开关磁阻电机的C相第二连接端连接IGBT11的E极、IGBT8的C极。
[0067]本发明提供的开关磁阻电机调速系统，还包括第一A/D转换芯片和第二 A/D转换芯片；其中，所述电流检测单元通过第一 A/D转换芯片电连接所述控制器;所述电压检测单元通过第二 A/D转换芯片电连接所述控制器。
[0068]当使用本发明提供的开关磁阻电机调速系统启动电机时，控制器中的DSP芯片首先进行一系列的初始化操作，接收来自FPGA芯片处理后的电流电压信息和位置速度信息，按照相应的控制逻辑，输出相应的PWM控制信号给驱动电路，驱动器根据控制信号的指令将整流后的直流电源输出给电机，开机开始旋转。电机运转时，DSP单元根据检测到的位置速度信息同设定的转速信息进行对比，得出速度差值，根据速度差值使用相应算法转变成所需电流的控制信号，将所需的电流信号与检测得到的电流差值根据相应的算法计算得到控制量，并以PWM信号的形式输出到驱动器，改变加载在电机绕组两端的平均电压，如此往复，实现电机的调速控制。
[0069]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种开关磁阻电机调速系统，其特征在于，包括整流滤波回路、开关磁阻电机、驱动器、控制器、位置检测单元、电源、电流检测单元、电压检测单元以及扭矩传感器； 其中，所述电源，用于提供交流电；所述驱动器，用于驱动开关磁阻电机的运行;所述控制器，用于实现人机交互，给开关磁阻电机输入控制信号;所述位置检测单元，用于检测开关磁阻电机的转子位置角;所述电流检测单元，用于测量相电流;所述电压检测单元，用于测量相电压;所述扭矩传感器，用于测量电机扭矩信息； 所述控制器根据所述转子位置角、相电流、电机扭矩信息、相电压生成电流电压信息和位置速度信息，进而根据所述电流电压信息和位置速度信息输出PWM控制信号； 所述驱动器根据所述PWM控制信号将滤波后的直流电源输出给开关磁阻电机； 所述整流滤波回路用于将所述电源提供的交流电整流滤波后输送至所述开关磁阻电机； 所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述控制器;所述电源通过所述整流滤波回路连接所述开关磁阻电机;所述控制器通过所述驱动器连接所述整流滤波回路。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，所述控制器包括DSP和FPGA ； 所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现;所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理； 所述DSP通过所述驱动器连接所述整流滤波回路;所述位置检测单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述扭矩传感器电连接所述FPGA。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，所述位置检测单元检测开关磁阻电机的转子位置角包括如下步骤: 步骤1:在开关磁阻电机的定子沿周向每隔37.5°安装一脉冲输出光耦；当开关磁阻电机的转子每转过7.5°时，一脉冲输出光耦提供转子的绝对位置信息； 步骤2:当脉冲输出光耦输出脉冲时，校正增量式编码器的计数输出，从而消除增量式编码器的误差累积，得到转子位置信息。4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，还包括遮光盘;其中，所述遮光盘设置在转子轴上，能够随所述转子轴转动;脉冲输出光耦设置在遮光盘内侧； 所述增量式编码器设置在开关磁阻电机的电机轴套上。5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，所述整流滤波回路包括整流二极管Dl、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、igCl、igC2、igC3、igC4、IGBT13、IGBTl、IGBT6、IGBT5、IGBT10、IGBT9、IGBT8、IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBTlO、IGBTl 2 以及IGBT8 ； 整流二极管DI的正极连接整流二极管D4的负极，整流二极管DI的负极连接IGBT13的C极、IGBTl的C极、IGBT3的C极、IGBT5的C极、IGBT7的C极、IGBT9的C极、IGBTl I的C极;整流二极管D4的正极连接电阻Rl的一端、IGBT4的E极、IGBT6的E极、IGBT2的E极、IGBTlO的E极、IGBT12的E极、IGBT8的E极； 整流二极管D2的正极连接整流二极管D5的负极，整流二极管D2的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D5的正极连接整流二极管D4的正极;整流二极管D3的正极连接整流二极管D6的负极，整流二极管D3的负极连接整流二极管Dl的负极，整流二极管D6的正极连接整流二极管D4的正极；电源的三相输出端分别连接整流二极管D3的正极、整流二极管D2的正极、整流二极管Dl的正极； 电容Cl的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接整流二极管D4的正极；电容C2的一端连接整流二极管Dl的负极，另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接整流二极管D4的正极;电容Cl的另一端连接电容C2的另一端；电阻Rl的另一端依次通过电阻R2、电阻R3连接IGBT13的E极； 所述驱动器分别连接 IGBT13、IGBTl、IGBT6、IGBT5、IGBTlO、IGBT9、IGBT8 的 G极； IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT7、IGBT9、IGBTl、IGBT4、IGBT6、IGBT2、IGBTlO、IGBTl2、IGBT8的C极均连接有整流二极管的负极，E极均连接整流二极管的正极； 所述开关磁阻电机的A相第一连接端连接IGBTl的E极、IGBTl的C极;所述开关磁阻电机的A相第二连接端连接IGBT3的E极、IGBT6的C极;所述开关磁阻电机的B相第一连接端连接IGBT5的E极、IGBT2的C极;所述开关磁阻电机的B相第二连接端连接IGBT7的E极、IGBTlO的C极;所述开关磁阻电机的C相第一连接端连接IGBT9的E极、IGBT12的C极;所述开关磁阻电机的C相第二连接端连接IGBT11的E极、IGBT8的C极。6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，还包括第一A/D转换芯片和第二 A/D转换芯片； 其中，所述电流检测单元通过第一 A/D转换芯片电连接所述控制器;所述电压检测单元通过第二 A/D转换芯片电连接所述控制器。
【文档编号】H02P6/16GK105897073SQ201610345795
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘成良, 凌晓, 黄亦翔, 贡亮, 李炳初, 汪波, 汪一波
【申请人】上海交通大学