制器4输出的驱动信号传至驱动隔离电路3控制其中各个IGBT的开通或关断，从而控制开关磁阻电机1运行，同时在功率变换电路2上通过相电流检测电路5检测电流大小，功率变换电路2上的母线电压检测电路6得到的电压信号与IGBT温度检测电路7产生的信号经过处理后与电流信号综合生成故障信号传入FPGA控制器4，进行控制系统的故障检测。
[0016]参照图2，所述FPGA控制器4包括NISO II软核9、总线、转速计算模块10、角度控制综合模块11、PWM信号模块12、转子位置估算模块13、控制信号综合模块14及故障信号处理模块15，NISO II软核9通过总线连接转速计算模块10、角度控制综合模块11和PWM信号模块12，转速计算模块10通过转子位置估算模块13分别连接母线电压检测电路6和相电流检测电路5，角度控制综合模块11和PWM信号模块12分别连接控制信号综合模块14。母线电压检测电路8和相电流检测电路7分别通过故障信号处理模块16连接控制信号综合模块15。相电流检测电路5从功率变换电路2相绕组上测得定子电流，FPGA控制器4负责完成相电流的AD采集，当开关磁阻电机1启动时采用注入脉冲法测得转子位置，当开关磁阻电机1正常运行以后采用滑模观测器法估算转子位置，根据转子位置计算出的转速位置信号一方面用于开关磁阻电机1位置信号直接控制输出，另一方面推算开关磁阻电机1转速经总线传入FPGA控制器4内部的N1SII软核9，N1SII软核9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。开通角度与导通角度由N1SII软核9经总线传入角度控制综合模块11，首先开始角度值计算得到开通延时和导通延时的计算值，并在角度控制综合模块11中把开通延时计数值和导通延时计数值转换成输出脉冲，PWM周期与占空比给定经PWM信号模块12生成PWM信号，这两路信号在控制信号综合模块14生成功驱动电路的控制信号。故障信号处理模块15综合相电流信号、母线电压信号及IGBT温度信号，生成故障信号直接传入控制信号综合模块14，控制信号综合模块14综合角度控制脉冲、电流斩波信号、电压斩波信号和故障信号生成控制信号输出，经驱动隔离电路3后驱动功率变换电路2中IGBT的开通或关断。
[0017]参照图3，所述转子位置估算模块13包括依次连接的磁链计算模块16、开关磁阻电机模型17及观测器18，所述磁链计算模块16分别连接母线电压检测电路6和相电流检测电路5。转子位置估算模块13主要负责推算开关磁阻电机1的转子位置，本实用新型采用滑模观测器法进行推算，滑模观测器法在开关磁阻电机1高速运转时估计误差很小，基本可以忽略，但当开关磁阻电机1在启动阶段，其控制效果会受到一定的影响，因此在开关磁阻电机1启动时采用注入脉冲信号法来检测转子位置。在开关磁阻电机1启动时，通过FPGA控制器4按次序对开关磁阻电机1定子三相绕组通以120 μ s的激励脉冲，将获得相应的三个响应电流，然后利用相电流检测电路5检测受检相中的响应电流，经AD采样相应电流的峰值大小，比较三个响应电流的大小进行排序，根据所得的逻辑关系对应到电感关系，从而确定初始导通相。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，根据变结构控制理论，利用系统的输入、输出便可构造出状态变量，其中系统的输入量包括检测到的电压信号、电流信号以及观测器18中电流信号与实际检测到电流信号的偏差，输出量为估计的转子位置，通过转子位置计算得到开关磁阻电机1的转子转速作为回馈值回馈到FPGA控制器4当中，在此过程中，首先由电压电流经磁链计算模块16计算磁链，并由磁链及估计的转子位置估计电流大小，以此电流与实际检测得到的电流进行比较，设定为目标偏差，开关磁阻电机1运行过程中，系统的死循环传递函数的特征方程以极高的频率进行切换，通过对系统实时目标偏差以及其各阶导数进行检测、运算及判断，并以理想开关方式切换控制量大小及符号方向，使系统结构发生变化，从而使系统的状态在预先设计的一个超平面邻域内向平衡点滑动，最终达到并稳定在平衡点，当系统进入滑模状态时，它对系统参数的变化以及扰动不敏感，当状态估计偏差为零时，此时便可认为它输出的状态变量就是原系统的一个状态渐近估计，便可估计出开关磁阻电机1的转子的位置，这里滑模面的设计基于状态估计量的偏差变化，达到滑模面具有很强的鲁棒性。
【主权项】
1.一种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⑶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)，其特征在于:所述功率变换电路⑵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。2.如权利要求1所述的一种无位置检测开关磁阻电机驱动器，其特征在于:所述FPGA控制器(4)包括NISO II软核(9)、总线、转速计算模块(10)、角度控制综合模块(11)、PWM信号模块(12)、转子位置估算模块(13)、控制信号综合模块(14)及故障信号处理模块(15)，NISO II软核(9)通过总线连接转速计算模块(10)、角度控制综合模块(11)和PWM信号模块(12)，转速计算模块(10)通过转子位置估算模块(13)分别连接母线电压检测电路(6)和相电流检测电路(5)，角度控制综合模块(11)和PWM信号模块(12)分别连接控制信号综合模块(14)。3.如权利要求2所述的一种无位置检测开关磁阻电机驱动器，其特征在于:母线电压检测电路(6)和相电流检测电路(5)分别通过故障信号处理模块(15)连接控制信号综合模块(14)。
【专利摘要】一种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，其技术要点是：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。本实用新型的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。
【IPC分类】H02P6/185, H02P6/18
【公开号】CN205039725
【申请号】CN201520858326
【发明人】温嘉斌, 汪奇, 付瑶, 张俊鹏
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月30日