一种无位置检测开关磁阻电机驱动器的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种开关磁阻电机驱动器，具体涉及一种无位置检测开关磁阻电机驱动器。
【背景技术】
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[0002]开关磁阻电机是一种采用双凸极结构的开关磁阻电机，其结构简单、坚固，制造工艺简便，能适应各种如高温甚至强振动的极端恶劣环境。由于控制器中功率变换器与开关磁阻电机绕组串联，所以不会出现功率变换器直通故障，其可靠性大幅提高，缺相或堵转时仍可工作，不会烧毁开关磁阻电机或控制器。但是由于开关磁阻电机是磁阻式开关磁阻电机，会产生很大的转矩脉动等缺点，其工作环境的复杂性，以及开关磁阻电机高速时对转子位置解算需要占用大量的资源，使其对控制器的抗干扰性和可靠性都提出了很高的要求，故在控制开关磁阻电机时，无论采用何种控制方式，转子位置检测成为重要环节。长期以来，解决转子位置检测而引入的位置传感器检测方案使开关磁阻电机结构复杂，安装调试困难，不仅削弱了开关磁阻电机结构简单的优势，还会受到传感器分辨率的限制而降低了开关磁阻电机的性能，增加了系统成本和潜在的不稳定性。
[0003]无位置检测控制技术的引入为摆脱安装位置检测传感器提供了可能，现有无位置检测控制技术是利用开关磁阻电机的一些开关磁阻电机参数(主要是开关磁阻电机的相电感)是转子位置角的函数关系来解算转子位置信息的，所以能省去因直接位置检测所需要的机械结构，从而大大简化了开关磁阻电机的机械结构，但在强干扰或某种偶然因素下，包括单片机在内的任何 MCU (Micro Control Unit)的 PC (Programmable Controller)都极可能越出正常的程序流程而跑飞已是不争的事实。事实证明，在强干扰条件下，特别是强电磁干扰，MCU都无法保证其仍能正常工作而不进入不可挽回的“死机”状态。特别是当PC跑飞与复位不可靠因素相交错时，情况将变得尤为复杂。
【发明内容】
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[0004]本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种无位置检测开关磁阻电机驱动器，其目的是借助无位置检测技术提高开关磁阻电机控制系统对环境的适应能力，同时采用FPGA为控制芯片，借助FPGA并行架构的处理能力提高对开关磁阻电机转速的推算，而且利用其高可靠性克服通用MCU在高温强干扰领域的不足。
[0005]本实用新型的无位置检测开关磁阻电机驱动器，包括开关磁阻电机、功率变换电路、驱动隔离电路及FPGA控制器，所述FPGA控制器的输出端与驱动隔离电路相连，驱动隔离电路的输出端连接功率变换电路，功率变换电路连接开关磁阻电机，为实现上述目的所采用的技术方案在于:所述功率变换电路分别通过相电流检测电路、母线电压检测电路及IGBT温度检测电路与FPGA控制器的输入端相连形成闭环控制。
[0006]作为本实用新型的进一步改进，所述FPGA控制器包括N10SII软核，N10SII软核通过总线连接转速计算模块、角度控制综合模块和PWM信号模块，转速计算模块通过转子位置估算模块分别连接母线电压检测电路和相电流检测电路，角度控制综合模块和PWM信号模块分别连接控制信号综合模块。转速位置信号一方面用于开关磁阻电机位置信号直接控制输出，另一方推算开关磁阻电机转速经总线传入FPGA内部N1SII软核，按照给定的运行条件及控制策略确定开通角度、导通角度、PWM波周期、占空比这些控制信号，共同经总线传出。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，母线电压检测电路和相电流检测电路分别通过故障信号处理模块连接控制信号综合模块，若发生故障会及时发出报警信息。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述转子位置估算模块包括依次连接的磁链计算模块、开关磁阻电机模型及观测器，所述磁链计算模块分别连接母线电压检测电路和相电流检测电路。
[0009]本实用新型的有益效果是:本实用新型通过相电流检测电路从功率变换电路的相绕组上测得定子电流，FPGA控制器负责完成相电流的AD采集，并根据给定转速口以及相电流检测电路所测得的电流值来估算转子位置及转速，然后按照给定的运行条件及控制策略输出控制信号控制功率变换电路中开关器件的导通与关断，完成系统的闭环控制，与传统位置检测控制系统的硬件设计相比，无位置检测方案省去了位置传感器的硬件部分，简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的稳定性。
[0010]其中，当开关磁阻电机的转速较低时采用注入脉冲信号法来检测转子位置，当开关磁阻电机的转速较高时采用滑模观测器法来检测转子位置，不论是激励相自感检测法还是非激励相自感检测法，几乎所有的开关磁阻电机位置估计方法，都利用了定子相电感随转子位置的变化而周期性变化这一现象，而在实际当中，电感是无法直接测量的，这变成了无位置估计方法的难点所在，而滑模观测器法巧妙地避开了定子相电感难以直接测量这一难点，但是滑模观测器法依赖于较为复杂的数学模型，通常需要进行复杂的数学计算或查表运算，因此算法通常比较复杂，对处理器的性能要求很高，这一特点正适合FPGA控制芯片由硬件实现控制算法，因此由FPGA作为控制器采用无位置传感器检测技术实现的控制系统，可以充分发挥开关磁阻电机结构简单、坚固的特性，使系统运行更加可靠、高效，成本更加低廉，成为恶劣环境下理想的传动系统。
【附图说明】
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[0011]图1是本实用新型的结构示意图；
[0012]图2是本实用新型中FPGA控制器内部模块结构示意图；
[0013]图3是本实用新型中转子位置估算模块结构示意图。
【具体实施方式】
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[0014]参照图1，该无位置检测开关磁阻电机驱动器，包括开关磁阻电机1、功率变换电路2、驱动隔离电路3及FPGA控制器4，所述FPGA控制器4的输出端与驱动隔离电路3相连，驱动隔离电路3的输出端连接功率变换电路2，功率变换电路2连接开关磁阻电机1，所述功率变换电路2分别通过相电流检测电路5、母线电压检测电路6及IGBT温度检测电路7与FPGA控制器4的输入端相连形成闭环控制。其中，FPGA控制器4选用Cyclone IV的EP4CE15F17C8N 配置芯片选用 EPCS64SI16N，并有 256Mbit 三星 SDRAM 型号为 K4S561632J，此外还有整个Cyclone IV系列是面向低成本应用的高性价比解决方案，因为此时普及率从最尚的一个系列。
[0015]开关磁阻电机1由相电流检测电路5检测得到的电流信号以及由母线电压检测电路6检测到的电压信号传入FPGA控制器4内部，开关磁阻电机1启动时，FPGA控制器4采用注入脉冲信号法获得转子位置，开关磁阻电机1运行以后，FPGA控制器4采用滑模观测器法检测转子位置，估算得到开关磁阻电机1的转子位置及转速信息后传给FPGA控制器4，由FPGA控