一种开关磁阻电机角度补偿的控制方法与流程

本发明涉及开关磁阻电机领域，特别是一种开关磁阻电机的控制方法。

背景技术

如图1所示，开关磁阻电机的调速系统由开关磁阻电动机、功率变换器、控制器、电流检测环、位置检测环组成。

其中，位置检测环是开关磁阻电动机调速系统实现自同步的前提条件，对于系统的位置检测环，一般采用光电式位置传感器进行位置检测。光电式位置传感器有槽型光电传感器和齿盘组成，槽型光电传感器固定在定子上，齿盘与转子同轴，并且极数相同，齿槽距相等，齿盘随电动机转子一同旋转。当电机运转时，根据被齿盘遮住与否，从而槽型光电传感器通过外围电路输出基本信号，经过整形、滤波可以获得比较好的方波信号。通过分析方波信号的位置状态以及方波信号的上升、下降沿的捕获，可以得到转子旋转的位置角度，实现位置信号的反馈。

然而在实际生产制造中，齿盘的齿槽距设计为相等为理想情况，实际上往往会出现齿槽距不等的现象。这种齿槽距不等反映到位置信号上，对电机进行控制时，会引起电机各相导通的角度不一致，引起各相的电流大小不一致，尤其到电机运行在高速的状态，会引起电路震荡，这样会减少电机出力、增大电机发热，甚至不能运行的状况发生。

如图2-图3所示，图2为理想状态，图3为实际状态，传统的开关磁阻电机的控制方式，以四相开关磁阻电机为例，其中s、p为位置传感器得出的占空比信号，控制器控制开关磁阻电机的各个相的开通或者关断完全依赖位置传感器得出的占空比信号，四相的开通或者关断的触发与s、p占空比信号的上升沿和下降沿保持一致，导致出现上述情况。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种开关磁阻电机角度补偿的控制方法。

本发明采用的技术方案是：

一种开关磁阻电机角度补偿的控制方法，位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置信号并反馈到控制器中，控制器根据转子位置信号得出实时电机转速，控制器包括储存单元，储存单元用于记录在不同电机转速下开关磁阻电机的各个相的所需调整的偏移角度，控制器将实时电机转速代入储存单元中查询实际偏移角度，控制器根据实际偏移角度分别延时控制开关磁阻电机各个相的开通或者关断。

所述控制器通过计算实际偏移角度与实时电机转速的比值来获取所需的延时时间。

所述储存单元中记录有若干个从低至高设置的电机转速等级，并且每个电机转速等级对应设置有与电机转速线性相关的偏移角度，控制器将实时电机转速代入线性计算得出实际偏移角度。

所述开关磁阻电机为四相开关磁阻电机，开关磁阻电机的电周期平均分为四个区间。

本发明的有益效果：

本发明开关磁阻电机角度补偿的控制方法，位置传感器检测转子位置信号，根据转子位置信号的变化，控制器计算出实时电机转速，储存单元用于记录在不同电机转速下开关磁阻电机的各个相的所需调整的偏移角度，控制器将实时电机转速代入储存单元中查询实际偏移角度，控制器根据实际偏移角度分别延时控制开关磁阻电机各个相的开通或者关断，本设计控制器在位置传感器得出的占空比信号上，根据偏移角度调整占空比信号，无需对电机结构进行修改，增大电机高速运行时的出力，提高效率，并且平衡电机各相电流，使得电机运行平稳。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是开关磁阻电机调速系统的原理图。

图2是理想状态下位置传感器以及各个相导通角度示意图。

图3是在传统控制方法位置传感器以及各个相导通角度示意图。

图4是开关磁阻电机的电周期划分示意图。

图5是本发明控制方法位置传感器以及各个相导通角度示意图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明开关磁阻电机角度补偿的控制方法，位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置信号并反馈到控制器中，控制器通过转子位置信号的变化计算实时电机转速，控制器包括储存单元，储存单元用于记录在不同电机转速下开关磁阻电机的各个相的所需调整的偏移角度，控制器将实时电机转速代入储存单元中查询实际偏移角度，控制器根据实际偏移角度分别延时控制开关磁阻电机各个相的开通或者关断。

本设计优选的开关磁阻电机为四相开关磁阻电机，当然也可以是其他类型的电机，只要采用本设计提出的控制方法，均属于本设计的保护范围，以下以四相开关磁阻电机为例，开关磁阻电机包括a、b、c、d四相，为了进一步说明，此处假定本设计采用两个光电式位置传感器的读取器设置在定子上，齿盘上均匀分布有24个齿槽，开关磁阻电机的电周期平均分为四个区间，每个区间为90°，两个位置传感器每15°产生一个捕捉沿，根据s、p信号的上升沿、下降沿触发将电周期分为00、01、10、11四个转速段，而最终位置传感器信号通过外围电路的转化经过整流滤波生成如图2、图3、图5所示的s、p方波信号。

其中，此处储存单元记录的在不同电机转速下开关磁阻电机的各个相的所需调整的偏移角度，是每台开关磁阻电机生产制造时都会产生的参数，测量的方法可以是，在理想状态下(即位置传感器为无误差设置)，通过计算得出不同的转速下对应的标准占空比信号，如图2的s、p信号，然后，将每台开关磁阻电机实际测定时，在不同转速下，测定位置传感器产生的实际占空比信号，如图3、图5的s、p信号，将实际占空比信号与标准占空比信号进行比对，即可获得在不同转速下的偏移角度，同时也可以得出四个相在哪个转速段时需要延时开通或者关断。

进一步地，偏移角度与电机转速一般为线性函数，因此，一般测量时只会测量如5000转、6000转等等下的偏移角度，在储存单元中记录有若干个从低至高设置的电机转速等级，并且每个电机转速等级对应设置有与电机转速线性相关的偏移角度，控制器将实时电机转速代入线性计算得出实际偏移角度，例如5500转，α＝α1±(500/1000)*(α2-α1)，当然根据不同电机，也可以有不同的线性公式。

位置传感器检测转子位置信号，根据转子位置信号的变化，控制器计算出实时电机转速，储存单元用于记录在不同电机转速下开关磁阻电机的各个相的所需调整的偏移角度，控制器将实时电机转速代入储存单元中查询实际偏移角度，控制器根据实际偏移角度分别延时控制开关磁阻电机各个相的开通或者关断，本设计控制器在位置传感器得出的占空比信号上，根据偏移角度调整占空比信号，无需对电机结构进行修改，增大电机高速运行时的出力，提高效率，并且平衡电机各相电流，使得电机运行平稳。

在电机转速计算上，以本设计具有24个齿槽的齿盘为例，采用以下公式进行计算：

其中，为电机转速(rpm)

δθ为捕获的角度

δt为捕获时间

n为两个边沿的定时器计数值

fdk为定时器频率(hz)

在进行一次捕捉后，转动15°进行第二次捕捉，记录电机运转15°所走的时间，即可计算出电机转速的大概值。

同时，控制器通过计算实际偏移角度与实时电机转速的比值来获取所需的延时时间，而由于本设计四相开关磁阻电机将电周期分为4个区间，控制器识别两路位置传感器变换的发生，可以得到离散的四个角度，控制需要连续的位置以提高控制性能，每到0°(360°)、90°、180°、270°位置传感器可以发出信号，然后在区间中例如40°时，无法单纯从信号中获得，而本设计利用以下的角度估算公式：

为实时的转子位置角度；

为上次转子位置角度；

fs是位置估算更新的频率；

是最新捕获边沿时间；

为电机转速；

此处以开关磁阻电机的a相举例，根据电机转速公式得出实时电机转速，例如此时实时电机转速为5000转，即在5000转时所需偏移角度为α1，如图5所示，在00段到01段时，即s信号为低电平，p信号由低电平上升到高电平时，由p信号上升沿信号触发，此处的触发与偏移角度的获取方式相同，通过实际s、p信号与标准s、p信号比对可得到，因此此处需要偏移角度为α1，上一次捕捉到转子角度为180°，此时则需要在180°+α1时才控制a相关断，根据上述公式则可以计算延时时间，其他b、c、d相的控制方法与a相一致。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。