一种开关磁阻电动机关断角的实时控制方法及系统

摘要

一种开关磁阻电动机关断角的实时控制方法及系统，属于开关磁阻电动机控制技术领域。其特征在于：包括如下步骤：步骤1001，设置关断角初始值；步骤1002，计算转速、电流值、关断角；步骤1003，检测电流是否进入电感下降区；步骤1004，减小关断角；步骤1005，增大关断角；步骤1006，是否满足控制器信号要求；步骤1007，送出控制信号。包括位置检测单元、微处理器、逻辑处理单元、电流采集电路、功率驱动单元以及功率电路。本开关磁阻电动机关断角的实时控制方法根据开关磁阻电机位置信号、相电流值、电动机实际转速实时调整关断角，确保电机运行在最优工作区间，提高了开关磁阻电动机的功率密度。

说明书

技术领域

一种开关磁阻电动机关断角的实时控制方法及系统，属于开关磁阻电动机控制技术领域。

背景技术

在开关磁阻电动机关断角的控制方面，传统方式往往采用固定关断角的方式进行控制，固定关断角的控制方式主要具有控制实施简单、可靠性高，被大多数生产厂家所采用，但同时该方法也有以下缺点：由于关断角为定值，在电动状态下运行时关断角设置太大，可能造成续流电流拖尾而进入发电区，形成反向制动转矩，从而造成系统损耗较大，运行效率低下，如固定关断角设置太小，同样电流的情况下电动机平均转矩偏小，无法达到运行时转矩要求，降低了电机功率密度，影响电动机性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种根据开关磁阻电机位置信号、相电流值、电动机实际转速实时调整关断角，确保电机运行在最优工作区间，提高电动机功率密度的开关磁阻电动机关断角的实时控制方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该开关磁阻电动机关断角的实时控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1001，设置关断角初始值；

通过微处理器向逻辑处理单元人为送入一个关断角的数值；

逻辑处理单元接收到该关断角的数值之后，送入功率驱动单元，由功率驱动单元发出驱动信号，开关磁阻电机开始转动；

步骤1002，计算电流值、转速、关断角；

微处理器根据电流传感器采集到的数据得到相绕组电流值，并根据相绕组的电流值计算电机实际转速，并通过关断角计算公式计算关断角；

步骤1003，检测电流是否进入电感下降区；

微处理器判断电流关断后是否会进入电感下降区，如果进入电感下降区，执行步骤1004，如果未进入电感下降区，否则执行步骤1005；

步骤1004，减小关断角；

微处理器根据关断角变化量计算公式计算出关断角的变化量，并将关断角减小相应的角度；

步骤1005，增大关断角；

微处理器根据关断角变化量计算公式计算出关断角的变化量，并将关断角增大相应的角度；

步骤1006，是否满足控制器信号要求；

微处理器判断当前开关磁阻电机的转矩是否满足开关磁阻电机控制器的要求，如果不满足，返回执行步骤1002，如果满足，执行步骤1007；

步骤1007，送出控制信号；

微处理器将相绕组开通信号送至逻辑处理单元，逻辑处理单元把功率开关器件驱动信号通过功率驱动单元送至功率开关器件，从而控制相绕组电流开通关断。

优选的，步骤1001中所述的关断角初始值计算公式为：

                                                                                   （1）

其中：为开关磁阻电动机最小电感值，为开关磁阻电动机最大电感值，为开关磁阻电动机相绕组实际电流值，为开关磁阻电动机相绕组允许的最大电流值，为开关磁阻电动机实际转速值，为开关磁阻电动机最大转速值，为开关磁阻电动机可调的最大关断角值。

优选的，步骤1004、步骤1005中所述的关断角变化量计算公式为：

                                         （2）

其中：为第次时开关磁阻电机关断角角度，为第次时开关磁阻电机关断角角度。

一种开关磁阻电动机关断角的实时控制系统，其特征在于：包括位置检测单元、微处理器、逻辑处理单元、电流采集电路、功率驱动单元以及功率电路，位置检测单元的输出端与逻辑处理单元的输入端相连，逻辑处理单元的输出端与功率驱动单元的输入端相连，功率单元的输出端与功率电路的输入端相连；功率电路的输出端连接，电流传感器的输出端与电流采样电路的输入端相连，电流采样电路的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器同时与逻辑处理单元互连。

优选的，所述的功率电路包括IGBT管T1~T2，所述的功率驱动单元的输出端同时连接功率电路内两个IGBT管T1~T2的栅极，直流电源正极同时连接IGBT管T1的集电极和二极管D1的阴极，IGBT管T1的发射极同时连接二极管D2的阳极和电容L1的一端，电容L1的另一端同时连接二极管D1的阳极、IGBT管T2的集电极以及所述的电流传感器的输入端，IGBT管T2的发射极同时连接二极管D2的阴极以及直流电源负极。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本开关磁阻电动机关断角的实时控制方法根据开关磁阻电机位置信号、相电流值、电动机实际转速实时调整关断角，确保电机运行在最优工作区间，提高了开关磁阻电动机的功率密度。

2、避免了现有技术中关断角固定方式带来的各种缺陷，工作状态更加稳定、可靠。

附图说明

图1为开关磁阻电动机关断角的实时控制系统原理方框图。

图2为开关磁阻电动机电感与不同关断角下电流波形图。

图3为开关磁阻电动机关断角的实时控制方法流程图。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明：

如图1所示，开关磁阻电动机关断角的实时控制系统包括：位置检测单元、微处理器、逻辑处理单元、电流采集电路、功率驱动单元以及功率电路。位置检测单元的输出端与逻辑处理单元的输入端相连，逻辑处理单元的输出端与功率驱动单元的输入端相连，功率驱动单元的输出端同时连接功率电路内两个IGBT管T1~T2的栅极。

在功率电路中，直流电源正极同时连接IGBT管T1的集电极和二极管D1的阴极，IGBT管T1的发射极同时连接二极管D2的阳极和电容L1的一端，电容L1的另一端同时连接二极管D1的阳极、IGBT管T2的集电极以及电流传感器的输入端。IGBT管T2的发射极同时连接二极管D2的阴极以及直流电源负极。

电流传感器的输出端与电流采样电路的输入端相连，电流采样电路的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器同时与逻辑处理单元互连。

与现有技术相同，位置检测单元包括多个传感器，与开关磁阻电机配合安装，使开关磁阻电动机的定子与转子开始对齐位置、最大电感位置、最小电感位置均能够产生位置电平信号。

在开关磁阻电机正常运行时，由位置检测单元所产生的位置电平信号送至逻辑处理单元，逻辑处理单元对位置信号进行编码后得到开关磁阻电机在最大电感区、最小电感区的位置中断信号。逻辑处理单元将编码生成的位置中断信号以及位置检测单元生成的位置编码同时送至微处理器。微处理器在中断信号的请求下，检测开关磁阻电动机相绕组电流值，微处理器根据相绕组电流值计算开关磁阻电动机的实际转速，与设定转速构成PI调节环节，得到所需的相绕组电流目标值，并根据相绕组电流电流目标值、相绕组电流实际采样值、转速实际值通过PID算法实现关断角的角度控制。

相绕组电流实际采样值由电流传感器得到，电流传感器的输入端接入相绕组电流，由电流传感器将相绕组电流转换为小电流信号，并送入电流采样电路。电流传感器输出的电流信号经电流采样电路采样、A/D转换模块（图中未画出）进行模数转换之后送至微处理器。微处理器经过计算后将相绕组开通信号送至逻辑处理单元，逻辑处理单元把功率开关器件驱动信号通过功率驱动单元送至功率开关器件，从而控制相绕组电流开通关断。微处理器可采用MCU或DSP实现。

如图2所示，开关磁阻电动机电感与不同关断角下电流波形图，其中上部分为开关磁阻电动机关断角-电感量波形图，下部分为关断角-电流值波形图。关断角-电流值波形图中实线所描述的是在关断角为时的关断波形，关断后电流减小，在未进入电感下降区之前电流减小为零，因此没有产生反向制动扭矩，电动机发热小，系统效率高。虚线部分是在关断角为时的关断波形，>，关断相对滞后，关断后电流在减小为零之前已达到电感下降区，即反向制动区，当关断角大于时，电流进入电感下降区的时间越长，产生的反向制动转矩就更大，所以在电动状态下电动机发热越严重，系统效率更低。本发明的目的是控制关断角严禁进入电感下降区，必须把关断角实时控制在小于的范围内。当检测到电感下降区有电流时，当前关断角减小，反复循环直到达到所检测的目标要求。

如图3所示，一种开关磁阻电动机关断角的实时控制方法，包括如下步骤：

步骤1001，设置关断角初始值；

通过微处理器向逻辑处理单元人为送入一个关断角的数值；

逻辑处理单元接收到该关断角的数值之后，送入功率驱动单元，由功率驱动单元发出驱动信号，开关磁阻电机开始转动。

步骤1002，计算电流值、转速、关断角；

微处理器根据A//D转换芯片送入的数字信号计算相绕组的电流值，并根据电流值计算电机转速，并通过关断角计算公式计算关断角；

位置检测单元所产生的位置电平信号送至逻辑处理单元，逻辑处理单元对位置信号进行编码后得到位置中断信号。逻辑处理单元将编码生成的位置中断信号以及位置检测单元生成的位置编码同时送至微处理器。微处理器在中断信号的请求下，检测开关磁阻电动机相绕组电流值，微处理器根据相绕组电流值计算开关磁阻电动机的实际转速，并与设定转速构成PI调节环节，得到所需的相绕组电流目标值，并关断角计算公式计算关断角，

关断角计算公式为式（1）：

                                    （1）

其中：为开关磁阻电动机最小电感值，为开关磁阻电动机最大电感值，为开关磁阻电动机相绕组实际电流值，为开关磁阻电动机相绕组允许的最大电流值，为开关磁阻电动机实际转速值，为开关磁阻电动机最大转速值，为开关磁阻电动机可调的最大关断角值。

步骤1003，检测电流是否进入电感下降区；

微处理器根据位置编码以及位置中断信号确定电流关断后是否会进入电感下降区，即图2中所示的~之间的区域，如果在转过位置之后仍然检测到相绕组电流，则说明电流进入了反向转矩产生区域，执行步骤1004，否则执行步骤1005；

步骤1004，减小关断角；

微处理器根据关断角变化量计算公式计算出关断角的变化量，并将关断角减小相应的角度；

步骤1005，增大关断角；

微处理器根据关断角变化量计算公式计算出关断角的变化量，并将关断角增大相应的角度；

关断角变化量计算公式如公式（2）所示：

                                         （2）

其中：为第次时开关磁阻电机关断角角度，为第次时开关磁阻电机关断角角度，关断角每次变化量为，实时计算其值并调节关断角的大小。

步骤1006，是否满足控制器信号要求；

微处理器判断当前开关磁阻电机的转矩是否满足开关磁阻电机控制器的要求，如果不满足，返回执行步骤1002，如果满足，执行步骤1007；

步骤1007，送出控制信号；

微处理器将相绕组开通信号送至逻辑处理单元，逻辑处理单元把功率开关器件驱动信号通过功率驱动单元送至功率开关器件，从而控制相绕组电流开通关断。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。