CN101359889B

CN101359889B - 一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法和控制装置

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Publication number: CN101359889B
Application number: CN2007100754545A
Authority: CN
Inventors: 郭良; 祖波; 周旭光
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: CN101359889A

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法及控制装置，包括以下步骤：A1、接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；B1、将控制命令中的特定位置和开关磁阻电机的初始位置相比较，如果一致，则执行步骤C1，如果不一致，则执行步骤D1；C1、开关磁阻电机不执行控制命令；D1、根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数，并按照计算的脉冲数输出PWM波，驱动开关磁阻电机旋转。本发明采用开关磁阻电机作为汽车的P档锁止电机，并采用输出特定的PWM脉冲数的数走步脉冲的控制方式来进行控制，并可在控制中对电机失步进行补偿，提高了开关磁阻电机的位置控制精度。

Description

一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法和控制装置

【技术领域】

本发明涉及一种电机的控制方法，尤其涉及一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法和控制装置。

【背景技术】

在电动轿车上，当车处于驻车档位(P档)时，控制系统将带动电机对变速箱的机械结构进行锁止，从而达到驻车的目的。由于步进电机的电脉冲数与电机的机械角位移量成正比，其控制方式是采用数走步脉冲来进行控制电机的运行步数，所以通常采用步进电机作为P档的锁止电机，能够控制确保电机旋转到正确的位置。但由于步进电机带负载能力不强，在负载变化时电机容易产生失步现象，轿车在驻车时由于路况不一样时锁止和解锁变速箱时的负载会有所不同，且车上的供电会由整车的电气负载不同会有所波动。因而在驻车时步进电机容易产生失步现象。

【发明内容】

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法和控制装置，在电动轿车上，采用开关磁阻电机作为P档的锁止电机，结合开关磁阻电机的旋转位置控制方法，能够使电机旋转到正确的位置。

为实现上述目的，本发明提供一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法，包括以下步骤：

A1、接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；

B1、将控制命令中的特定位置和开关磁阻电机的初始位置相比较，如果一致，则执行步骤C1，如果不一致，则执行步骤D1；

C1、开关磁阻电机不执行控制命令；

D1、根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数，并按照计算的脉冲数输出PWM波，驱动开关磁阻电机旋转，

其中，在所述步骤D1之后还包括以下步骤：

E1、根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号中的至少一者检测开关磁阻电机的当前位置；

F1、将开关磁阻电机的当前位置和特定位置相比较，如果一致，则停止输出PWM波，控制开关磁阻电机停止旋转，如果不一致，则继续输出PWM波；

其中，在所述步骤E1中，根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号中的至少一者检测开关磁阻电机旋转的实际角度；在步骤F1中，将实际角度和开关磁阻电机需要转过的预定角度相比较，如果一致，则停止输出PWM波，控制开关磁阻电机停止旋转，如果不一致，则继续输出PWM波；

所述步骤E1包括以下步骤：

E11、根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号检测其相位差为T/X，其中，T为第一、二位置传感器输出信号的周期，X为大于0的数；

E12、计算第一、二位置传感器输出信号的上升沿产生的时间间隔的比例关系为1∶(X-1)；

E13、判断比例关系是否满足1∶X1＜1∶(X-1)＜1∶X2，如果满足，则该上升沿为有效的上升沿，否则认为是失步，其中，X1、X2为根据开关磁阻电机实际制造过程中的误差设置的两个数；

E14、计算有效的上升沿数量，根据有效的上升沿数量计算开关磁阻电机旋转过的实际角度。

在所述步骤D1中，还可以进一步包括以下步骤：

D11、根据开关磁阻电机的初始位置与控制命令中指定的特定位置计算出开关磁阻电机的旋转方向和需要转过的预定角度；

D12、根据预定角度和开关磁阻电机在每个PWM波脉冲驱动下转过的角度计算出需要的PWM波的脉冲数。

其中，在所述步骤D1之后还包括以下步骤：

根据开关磁阻电机的位于同一圆周上的第一、二位置传感器输出的信号判断开关磁阻电机的旋转方向。还可以进一步包括以下步骤：在第一、二位置传感器故障时，通过开关磁阻电机的第三位置传感器输出的信号检测开关磁阻电机旋转的实际角度。

所述第一、二、三位置传感器为霍尔传感器。

在步骤B1中，开关磁阻电机的初始位置在系统上电时从非易失性存储器中读出；并将开关磁阻电机旋转后停止的当前位置存入非易失性存储器中作为开关磁阻电机的下一个初始位置。

本发明同时提供一种开关磁阻电机的旋转位置控制装置，包括：处理模块，用于接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；第一比较模块，用于将控制命令中的特定位置和开关磁阻电机的初始位置相比较；计算模块，用于根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数；PWM波产生模块，用于按照计算的脉冲数输出PWM波，以驱动开关磁阻电机旋转；其中

所述装置还包括：

用于根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号中的至少一者检测开关磁阻电机旋转的实际角度的角度检测模块；

用于将实际角度和开关磁阻电机需要转过的预定角度相比较的第二比较模块，所述第二比较模块在比较结果为一致时，则控制PWM波产生模块停止输出PWM波，控制开关磁阻电机停止旋转，在比较结果为不一致时，则控制PWM波产生模块继续输出PWM波；

所述角度检测模块根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号检测其相位差为T/X，其中，T为第一、二位置传感器输出信号的周期，X为大于0的数；计算第一、二位置传感器输出信号的上升沿产生的时间间隔的比例关系为1∶(X-1)；判断比例关系是否满足1∶X1＜1∶(X-1)＜1∶X2，如果满足，则该上升沿为有效的上升沿，否则认为是失步，其中，X1、X2为根据开关磁阻电机实际制造过程中的误差设置的两个数；以及计算有效的上升沿数量，根据有效的上升沿数量计算开关磁阻电机旋转过的实际角度。

其中，所述计算模块包括：用于根据开关磁阻电机的当前位置与控制命令中指定的特定位置计算出开关磁阻电机的旋转方向和需要转过的预定角度的第一计算单元；用于根据预定角度和开关磁阻电机在每个PWM波脉冲驱动下转过的角度计算出需要的PWM波的脉冲数的第二计算单元。

在进一步改进的实施例中，所述开关磁阻电机的旋转位置控制装置还包括：用于根据开关磁阻电机的位于同一圆周上的第一、二位置传感器输出的信号判断开关磁阻电机的旋转方向的旋转方向判断模块。

本发明的有益效果是：采用开关磁阻电机作为汽车的P档锁止电机，并采用输出特定的PWM脉冲数的数走步脉冲的控制方式来进行控制，在本发明中采用了位置检测装置来进行电机的旋转位置检测，能够检测出电机的正反转及其失步数并根据失步数来输出相应数量的PWM波，可在控制中对电机失步进行补偿，提高了开关磁阻电机的位置控制精度。

【附图说明】

图1是本发明的控制系统框图；

图2是本发明的控制系统程序流程图；

图3是本发明中的电机霍尔信号图；

图4是本发明中的电机霍尔位置图；

图5是本发明中控制装置的结构示意图。

【具体实施方式】

传统的开关磁阻电机控制用变频调速，对电机的转速及输出功率进行综合控制，其稳定的工作区均是在中高速区(大于1000转/分钟)。在低速区，传统的开关磁阻电机控制方法采用“电压PWM控制”，即用速度设定值与实际速度之差调制直流电压加在导通相绕阻的有效时间来改变外施电压的有效值，进而改变转矩。

本发明中开关磁阻电机的控制方式采用数走步脉冲的方式，本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

P档电机控制器的锁止位置是指，当变速箱处于锁止状态(即变速机构不能转动)时，P档电机所处的位置。P档电机控制器的解锁位置是指，当变速箱处于解锁状态(即变速机构能正常转动)时，P档电机所处的位置。

本系统的总体框图如附图1所示，其中虚线内的为本系统的各个单元，其中包含一个CAN收发器电路U1、一个中央处理器U2、霍尔信号采集电路U3、脉冲调制电路U4及P档电机U5。车辆控制ECU(UO)根据车况通过CAN总线发送控制命令，由CAN收发器U1将命令报文转发给中央处理器U2，中央处理器U2根据报文命令来控制电机的锁止和解锁。中央处理器U2在操作P档电机U5时，P档电机U5的位置信号是由电机中的霍尔传感器传出来的电信号，此电信号经过霍尔信号采集电路U3(霍尔信号采集电路U3是用于对霍尔信号进行滤波，并通过U2的捕捉口进行捕获霍尔的脉冲信号)处理后送于中央处理器U2中，中央处理器U2处理由霍尔信号采集电路U3的信号，再计算P档电机U4正转的步数或反转的步数，及电机的失步数量。然后中央处理器U1进行相应的处理，控制P档电机达到最终的锁止和解锁的位置。本实施例中，P档电机采用开关磁阻电机。

本控制器中控制系统软件控制流程如下：

软件的控制流程如附图2所示：当汽车的驾驶员开启点火开关时进入步骤S100，在步骤S100，控制器上电初始化及电机自诊断，首先读取P档电机U5的初始位置状态信息，即是处于锁止位置或是解锁位置；并根据电机驱动管的电压检测来判断脉冲调制电路U4是否正常；然后通过控制P档电机U5进行若干步正转和若干步反转(此操作只有控制器在上电初始化时才进行操作，步数可根据需要设定，但不得大于操作电机的锁止总步数的1/10)，检测位置P档电机霍尔信号和霍尔信号采集电路U3是否正常工作。如若正常工作则进入步骤S200；如若不能正常工作，则报故障并停止P档电机U5工作。

在步骤S200，通过CAN收发器U1接收到车辆ECU发出的控制命令，该控制命令是控制P档电机旋转到特定位置(例如锁止位置或解锁位置)，当接收到控制命令时，则执行步骤S300。

在步骤S300，判断控制命令中的特定位置和P档电机U5的初始位置是否一致，如若控制命令与当前电机状态不一致时(如当电机处于解锁位置时，控制命令为锁止命令；或电机处于锁止位置，控制命令为解锁命令)进入步骤S400，如若P档电机U5处于锁止状态就不再执行锁止命令，若P档电机U5处于非锁止状态不再执行解锁命令。

在步骤S400，根据P档电机U5的初始位置与控制命令中指定的特定位置计算出P档电机U5的旋转方向和需要转过的预定角度；并根据预定角度和P档电机U5在每个PWM波脉冲驱动下转过的角度计算出需要的PWM波的脉冲数。

在S500，输出PWM波型，采用PWM脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。此步骤根据S400计算出的脉冲数来输出解锁电机脉冲和锁止电机脉冲信号及脉冲的数量。即为控制P档电机U5正转和反转。

在S600，对电机中的三个霍尔传感器输出的信号进行采集，此三路霍尔信号是三个相位不同的脉冲信号，具体如图3所示，霍尔信号经过霍尔信号采集电路U3处理之后，由中央处理器用捕捉口来捕捉其电信号的上升沿来进行位置霍尔信号的采集。

在S700中，对采集到的霍尔信号进行判断，看电机是否按控制的旋向进行旋转，及并判断电机旋转了多少角度，具体判断方法见下文中。假设电机锁止的步数为K1度，此步数由汽车变速箱内锁止机构的结构所定；如果判断电机旋转了K1度，(此开关磁阻电机自带Q：1的减速比)则认为此电机达到锁止位置或解锁位置，则执行步骤S800。如若判断电机的旋转未达到K1度，则认为此电机未达到锁止位置或解锁位置，则转向步骤S400，根据电机的当前位置与特定位置的差距，计算出需要补充的PWM脉冲数，对电机继续追加驱动脉冲信号直到电机旋转角度达到K1度。

在S800中，对电机的操作成功后即对电机的当前位置状态进行更新，即记录下当前P档电机U5的状态。并将此状态写入非易失性存储器中作为电机的下一个初始位置状态信息，以保证上电初始化及掉电后仍可读出P档电机U5的初始位置状态。

P档电机的第一、二、三霍尔传感器输出的信号具体如附图3所示：

其中A相和C相分别为第一、二霍尔传感器输出的信号，这两个信号用来进行判断电机的正转与反转，具体判断方法如下：如果C相超前A相则为向解锁方向旋转，假设为正转。如A相超前C相则为向锁止方向旋转，假设为反转。因设备存在一定误差，所以实际应用中，可以在C相超前A相一定值后判断为向解锁方向旋转，A相超前C相一定值后判断为向锁止方向旋转。B相为第三霍尔传感器输出的信号，第三霍尔传感器为第一、二霍尔传感器输出的信号异常时的备用传感器。

因电机转子上有一个M极的一个磁环，即此磁环360度上有M个N极，M个S极。由磁环的旋转即可由附图4上的位置霍尔传感器产生霍尔信号。具体产生的霍尔信号如图3所示。因第一、二霍尔传感器位于同一圆上，所以A相和C相为同周期信号，而第三霍尔传感器位于更小半径的圆上，所以B相的周期大于A相和C相。

当电机匀速进行旋转时，如若向解锁方向旋转时C相超前A相1/X周期(例如1/4)，其中X为大于0的数，则上升沿的产生的时间间隔的比例关系为1：(X-1)(例如1：3)的关系，由于P档电机在制造时存在一个制造公差，则在实际判断中，则有一个误差的补偿，即当此比例关系大于1：X1小于1：X2时则认为此上升沿为有效的解锁上升沿，否则认为是失步，其中X1>X—1，X2<X—1，且X1、X2可根据实际制造过程中的误差来进行相应的调整)(例如X1＝5，X2＝2)。并通过统计有效的解锁上升沿可知道电机旋转的有效步数。当检测到电机的有效锁止步数未达到锁止步数则控制器补充不足的脉冲数。

当电机匀速进行旋转时，如若锁止方向旋转时A相超前C相1/X周期(例如1/4)，则上升沿产生的时间间隔的比例关系为1：(X-1)(例如1：3)的关系，由于P档电机在制造时存在一个制造公差，则在实际判断中，则有一个误差的补偿，即当此比例关系大于1：X1小于1：X2时，则认为此上升沿为有效的锁止上升沿，否则认为是失步(其中X1>X—1，X2<X—1，且X1、X2可根据实际制造过程中的误差来进行相应的调整)。并通过统计有效的锁止上升沿可知道电机旋转的有效步数。当检测到电机的有效锁止步数未达到锁止步数则控制器补充不足的脉冲数。

其中A相和C相是对电机失步数、有效步数进行计数及对电机正反转进行判断，B相为备用霍尔信号，仅当A相和C相霍尔脉冲失效后才做相应的计数处理。当电机旋转时，B相霍尔信号为对电机的旋转步数进行计数，仅起到一个备用霍尔的作用。

如图5所示为控制器装置的结构示意图，包括处理模块、第一比较模块和计算模块。处理模块用于接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；第一比较模块用于将控制命令中的特定位置和开关磁阻电机的初始位置相比较；计算模块用于根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数；PWM波产生模块用于按照计算的脉冲数输出PWM波，以驱动P档电机旋转。PWM波产生模块可为脉冲调制电路。

在进一步改进的实施例中，所述开关磁阻电机的旋转位置控制装置还包括：用于根据开关磁阻电机的位于同一圆周上的第一、二位置传感器输出的信号判断开关磁阻电机的旋转方向的旋转方向判断模块；用于根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号中的至少一者检测开关磁阻电机旋转的实际角度的角度检测模块；用于将实际角度和开关磁阻电机需要转过的预定角度相比较的第二比较模块，所述第二比较模块在比较结果为一致时，则控制PWM波产生模块停止输出PWM波，控制开关磁阻电机停止旋转，在比较结果为不一致时，则控制PWM波产生模块继续输出PWM波。

上述实施例中的第一、二、三霍尔传感器还可以用其它位置传感器替代，例如光电编码器等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A1、接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；

C1、开关磁阻电机不执行控制命令；

D1、根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数，并按照计算的脉冲数输出PWM波，驱动开关磁阻电机旋转，其中

在所述步骤D1之后还包括以下步骤：

E1、根据开关磁阻电机的第一、二位置传感器输出的信号中的至少一者检测开关磁阻电机旋转的实际角度；

F1、将实际角度和开关磁阻电机需要转过的预定角度相比较，如果一致，则停止输出PWM波，控制开关磁阻电机停止旋转，如果不一致，则继续输出PWM波；

所述步骤E1包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于：在所述步骤D1中，还包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于：在所述步骤D1之后还包括以下步骤：

根据开关磁阻电机的位于同一圆周上的第一、二位置传感器输出的信号判断开关磁阻电机的旋转方向。

4.如权利要求1所述的开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：在第一、二位置传感器故障时，通过开关磁阻电机的第三位置传感器输出的信号检测开关磁阻电机旋转的实际角度。

5.如权利要求4所述的开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于：所述第一、二、三位置传感器为霍尔传感器。

6.如权利要求1至3中任一项所述的开关磁阻电机的旋转位置控制方法，其特征在于：在步骤B1中，开关磁阻电机的初始位置在系统上电时从非易失性存储器中读出；并将开关磁阻电机旋转后停止的当前位置存入非易失性存储器中作为开关磁阻电机的下一个初始位置。

7.一种开关磁阻电机的旋转位置控制装置，其特征在于包括：

处理模块，用于接收控制开关磁阻电机旋转到特定位置的控制命令；

第一比较模块，用于将控制命令中的特定位置和开关磁阻电机的初始位置相比较；

计算模块，用于根据开关磁阻电机的初始位置计算应该输出的PWM波的脉冲数；

PWM波产生模块，用于按照计算的脉冲数输出PWM波，以驱动开关磁阻电机旋转；其中

所述装置还包括：

8.如权利要求7所述的开关磁阻电机的旋转位置控制装置，其特征在于：所述计算模块包括：

用于根据开关磁阻电机的当前位置与控制命令中指定的特定位置计算出开关磁阻电机的旋转方向和需要转过的预定角度的第一计算单元；

用于根据预定角度和开关磁阻电机在每个PWM波脉冲驱动下转过的角度计算出需要的PWM波的脉冲数的第二计算单元。

9.如权利要求7或8所述的开关磁阻电机的旋转位置控制装置，其特征在于还包括：

用于根据开关磁阻电机的位于同一圆周上的第一、二位置传感器输出的信号判断开关磁阻电机的旋转方向的旋转方向判断模块。