CN102570939A - 一种开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法，该开关磁阻电机角度控制方法，包括：步骤1、在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；步骤2、通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度；步骤3、根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制，其中关断角随转速变化，电动控制时，关断角等于180度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度；制动控制时，关断角等于360度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度。本发明解决在现有的全PWM控制器中采用固定导通宽度时，容易引起开关半导体元器件温升过高，和全速度和转矩范围内效率不能整体优化的问题。

Description

一种开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法

技术领域

本发明属于开关磁阻电机驱动控制领域，涉及开关磁阻电机驱动控制系统以及用于开关磁阻电机驱动控制系统的角度控制装置及方法。

背景技术

在开关磁阻电机驱动控制中，已有技术采用全PWM控制时，一般固定导通宽度为180度电角度，开通角随电机实际速度进行前移变化，电流调节器输出为PWM的占空比。如图1所示。这种方法由于固定180度导通宽度，在中低速或者负载较轻时，开关半导体器件开通时间较长，导通损耗较大，使得温升过高，可靠性下降；另外由于在整个速度范围和转矩范围内，导通宽度都固定，导致在每个[T，n]点上效率不能达到优化。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法，以解决在现有的全PWM控制器采用固定导通宽度时，容易引起开关半导体元器件温升过高，和全速度和转矩范围内效率不能整体优化的问题。

本发明提供的一种开关磁阻电机角度控制方法，其中包括：

步骤1、在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

步骤2、通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度；

步骤3、根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制。

所述步骤1中建立一转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格的步骤包括：

在一转速点下，保持一给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；

改变到下一个给定转矩值，保持该给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；

以此类推，获得该转速点下，所有转矩给定值下的最佳导通宽度。

所述步骤1包括：

设额定转速为Ne，转速点从0-Ne*16/8变化，间隔为Ne*1/8；设额定转矩为Tn，给定转矩值从0-Tn*200％变化，间隔为Tn*1/16*100％；在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格。

所述步骤2包括：

步骤201、根据电机的实际反馈转速N_fb得到该实际反馈转速所在的转速段[N_x，N_x+1]，实际反馈转速N_fb满足N_x＜N_fb＜N_x+1，N_x＝Ne*x/8，x＝0，1，2...15；

步骤202、根据分界转速点N_x的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩T_ref，找到实际给定转矩T_ref所在区间[T_y，T_y+1，T_ref满足T_y＜T_ref＜T_y+1，其中T_y＝T_n*1/16*100％，x＝0，1，2...31；设分界转速点N_x下，T_y对应的导通宽度为DW_y，T_y+1对应的导通宽度为DW_y+1，根据线性插值算法，计算T_ref对应的导通宽度为DW1，计算公式为：

$\mathrm{DW}1=\frac{{\mathrm{DW}}_{y+1}-{\mathrm{DW}}_y}{(1/16)}*(T_{\mathrm{ref}}-T_y)+{\mathrm{DW}}_y;$

步骤203、在分界转速点N_x+1的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩值T_ref，同上，同理计算对应的导通宽度DW2；

步骤204、根据实际反馈转速N_fb、分界转速点N_x的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW1、分界转速点N_x+1的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW2，通过线性差值算法，计算实际反馈转速N_fb及实际给定转矩值T_ref下的导通宽度DW，计算公式为：

$\mathrm{DW}=\frac{{\mathrm{DW}}_2-{\mathrm{DW}}_1}{(1/8)}*(N_{\mathrm{fb}}-N_x)+{\mathrm{DW}}_1.$

所述步骤3中根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制具体为：前移角随转速变化，电动控制时，关断角等于180度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度；制动控制时，关断角等于360度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度。

本发明又提供了一种用于开关磁阻电机驱动控制系统的角度控制装置，其中包括：导通宽度计算模块、前移角计算模块以及开通角和关断角控制模块，开通角和关断角控制模块用于根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，控制开关磁阻电机驱动控制系统中开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制；

所述导通宽度计算模块包括：

存储模块，用于存储每个转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

获取模块，用于获得电机的实际反馈转速和实际给定转矩值；

计算模块，与所述存储模块及所述获取模块连接，通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。

本发明还提供了一种开关磁阻电机驱动控制系统，其中包括：角度控制装置；所述角度控制装置包括：导通宽度计算模块、前移角计算模块以及开通角和关断角控制模块，开通角和关断角控制模块用于根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，控制开关磁阻电机驱动控制系统中开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制；

所述导通宽度计算模块包括：

存储模块，用于存储每个转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

获取模块，用于获得电机的实际反馈转速和实际给定转矩值；

计算模块，与所述存储模块及所述获取模块连接，通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。

本发明提供的开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法，导通宽度在整个速度范围和转矩范围内，导通宽度并不是固定的，导通宽度能够根据实际反馈转速和实际给定转矩值进行变化，比如在中低速或者负载较轻时，导通宽度较小，这样开关元件中的开关半导体器件开通时间相应减小，使得开关半导体器件的温升能够较慢地升高，避免了在现有的全PWM控制器中采用固定导通宽度时，容易引起开关半导体元器件温升过高的问题；并且使得全速度和转矩范围内效率得到整体优化，避免了在现有的全PWM控制器中采用固定导通宽度时，全速度和转矩范围内效率不能整体优化的问题。

附图说明

图1为现有的开关磁阻电机驱动控制系统的一结构示意图；

图2为本发明开关磁阻电机驱动控制系统的一结构示意图；

图3为本发明开关磁阻电机角度控制装置的一结构示意图；

图4为本发明开关磁阻电机角度控制方法的一流程图。

具体实施方式

图2为本发明开关磁阻电机驱动控制系统的一结构图。其中包括：角度控制装置；

所述角度控制装置，如图3所示，包括：导通宽度计算模块、前移角计算模块以及开通角和关断角控制模块，开通角和关断角控制模块用于根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，控制开关磁阻电机驱动控制系统中开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制。具体地，开通角和关断角控制模块根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，可以通过程序定时得到相导通区间来控制开关元件的动作，也可以通过手动操作开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制。

其中导通宽度计算模块包括：

存储模块，用于存储每个转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

获取模块，用于获得电机的实际反馈转速和实际给定转矩值；

计算模块，与所述存储模块及所述获取模块连接，通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。具体地，可以根据电机的实际反馈转速得到该实际反馈转速所在的转速段的分界转速点，分别根据分界转速点的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格计算分界转速点下实际给定转矩值对应的导通宽度，再根据实际反馈转速以及分界转速点下实际给定转矩值对应的导通宽度得到实际反馈转速下实际给定转矩值下的导通宽度。

本发明提供一种开关磁阻电机角度控制方法，包括：

步骤1、在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

步骤2、通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。具体地，可以根据电机的实际反馈转速得到该实际反馈转速所在的转速段的分界转速点，分别根据分界转速点的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格计算分界转速点下实际给定转矩值对应的导通宽度，再根据实际反馈转速以及分界转速点下实际给定转矩值对应的导通宽度得到实际反馈转速下实际给定转矩值下的导通宽度；

步骤3、根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制。其中前移角随转速变化，电动控制时，关断角等于180度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度；制动控制时，关断角等于360度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度。

步骤1中建立一转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格的步骤包括：在一转速点下，保持一给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；改变到下一个给定转矩值，保持该给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；以此类推，获得该转速点下，所有转矩给定值下的最佳导通宽度。

优先地，本发明提供一种开关磁阻电机角度控制方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤101、设额定转速为Ne，转速点从0-Ne*16/8变化，间隔为Ne*1/8；设额定转矩为Tn，给定转矩值从0-Tn*200％变化，间隔为Tn*1/16*100％；在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格。

步骤201、根据电机的实际反馈转速N_fb得到该实际反馈转速所在的转速段[N_x，N_x+1]，实际反馈转速N_fb满足N_x＜N_fb＜N_x+1，N_x＝Ne*x/8，x＝0，1，2...15；

步骤202、根据分界转速点N_x的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩T_ref，找到实际给定转矩T_ref所在区间[T_y，T_y+1，T_ref满足T_y＜T_ref＜T_y+1，其中T_y＝T_n*1/16*100％，x＝0，1，2...31；设分界转速点N_x下，T_y对应的导通宽度为DW_y，T_y+1对应的导通宽度为DW_y+1，根据线性插值算法，计算T_ref对应的导通宽度为DW1，计算公式为：

$\mathrm{DW}1=\frac{{\mathrm{DW}}_{y+1}-{\mathrm{DW}}_y}{(1/16)}*(T_{\mathrm{ref}}-T_y)+{\mathrm{DW}}_y;$

步骤203、在分界转速点N_x+1的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩值T_ref，同上，同理计算对应的导通宽度DW2；

步骤204、根据实际反馈转速N_fb、分界转速点N_x的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW1、分界转速点N_x+1的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW2，通过线性差值算法，计算实际反馈转速N_fb及实际给定转矩值T_ref下的导通宽度DW，计算公式为：

$\mathrm{DW}=\frac{{\mathrm{DW}}_2-{\mathrm{DW}}_1}{(1/8)}*(N_{\mathrm{fb}}-N_x)+{\mathrm{DW}}_1;$

步骤301、根据前移角及计算得到的导通宽度DW进行角度控制。其中前移角随转速变化，电动控制时，关断角等于180度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度；制动控制时，关断角等于360度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度。

综上所述，本发明提供的开关磁阻电机驱动控制系统、角度控制装置及方法，导通宽度在整个速度范围和转矩范围内，导通宽度并不是固定的，导通宽度能够根据实际反馈转速和实际给定转矩值进行变化，比如在中低速或者负载较轻时，导通宽度较小，这样开关元件中的开关半导体器件开通时间相应减小，使得开关半导体器件的温升能够较慢地升高，避免了在现有的全PWM控制器中采用固定导通宽度时，容易引起开关半导体元器件温升过高的问题；并且使得全速度和转矩范围内效率得到整体优化，避免了在现有的全PWM控制器中采用固定导通宽度时，全速度和转矩范围内效率不能整体优化的问题。

最后应说明的是：以上所述为本发明的最佳实施方案，但本发明的保护范围并不限于此，在本发明所示下，任何人任何与本发明相同或近似的产品和做法，都落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种开关磁阻电机角度控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

步骤2、通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度；

步骤3、根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中建立一转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格的步骤包括：

在一转速点下，保持一给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；

改变到下一个给定转矩值，保持该给定转矩值恒定，调节导通宽度，使得系统效率最大，记录下此时的导通宽度；

以此类推，获得该转速点下，所有转矩给定值下的最佳导通宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

设额定转速为Ne，转速点从0-Ne*16/8变化，间隔为Ne*1/8；设额定转矩为Tn，给定转矩值从0-Tn*200％变化，间隔为Tn*1/16*100％；在每个转速点下预先建立给定转矩值和导通宽度的对应关系表格。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤201、根据电机的实际反馈转速N_fb得到该实际反馈转速所在的转速段[N_x，N_x+1]，实际反馈转速N_fb满足N_x＜N_fb＜N_x+1，N_x＝Ne*x/8，x＝0，1，2...15；

步骤202、根据分界转速点N_x的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩T_ref，找到实际给定转矩T_ref所在区间[T_y，T_y+1，T_ref满足T_y＜T_ref＜T_y+1，其中T_y＝T_n*1/16*100％，x＝0，1，2...31；设分界转速点N_x下，T_y对应的导通宽度为DW_y，T_y+1对应的导通宽度为DW_y+1，根据线性插值算法，计算T_ref对应的导通宽度为DW1，计算公式为：

$\mathrm{DW}1=\frac{{\mathrm{DW}}_{y+1}-{\mathrm{DW}}_y}{(1/16)}*(T_{\mathrm{ref}}-T_y)+{\mathrm{DW}}_y;$

步骤203、在分界转速点N_x+1的给定转矩值和导通宽度的对应关系表格，根据实际给定转矩值T_ref，同上，同理计算对应的导通宽度DW2；

步骤204、根据实际反馈转速N_fb、分界转速点N_x的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW1、分界转速点N_x+1的下实际给定转矩值T_ref对应的导通宽度DW2，通过线性差值算法，计算实际反馈转速N_fb及实际给定转矩值T_ref下的导通宽度DW，计算公式为：

$\mathrm{DW}=\frac{{\mathrm{DW}}_2-{\mathrm{DW}}_1}{(1/8)}*(N_{\mathrm{fb}}-N_x)+{\mathrm{DW}}_1.$

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述步骤3中根据前移角及计算得到的导通宽度进行角度控制具体为：前移角随转速变化，电动控制时，关断角等于180度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度；制动控制时，关断角等于360度减去前移角，开通角等于关断角减去导通宽度。

6.一种用于开关磁阻电机驱动控制系统的角度控制装置，其特征在于，包括：导通宽度计算模块、前移角计算模块以及开通角和关断角控制模块，开通角和关断角控制模块用于根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，控制开关磁阻电机驱动控制系统中开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制；

所述导通宽度计算模块包括：

存储模块，用于存储每个转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

获取模块，用于获得电机的实际反馈转速和实际给定转矩值；

计算模块，与所述存储模块及所述获取模块连接，通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。

7.一种开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，包括：角度控制装置；所述角度控制装置包括：导通宽度计算模块、前移角计算模块以及开通角和关断角控制模块，开通角和关断角控制模块用于根据导通宽度计算模块计算的导通宽度和前移角计算模块计算的前移角，控制开关磁阻电机驱动控制系统中开关元件的动作，完成开关磁阻电机的控制；

所述导通宽度计算模块包括：

存储模块，用于存储每个转速点下给定转矩值和导通宽度的对应关系表格；

获取模块，用于获得电机的实际反馈转速和实际给定转矩值；

计算模块，与所述存储模块及所述获取模块连接，通过插值算法计算实际给定转矩值和实际反馈转速下对应的导通宽度。

Images