CN102904503B - 一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法及系统。该脉宽调制控制方法包括：步骤1，获取电流调节器输出的占空比；步骤2，对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率；步骤3，执行机构根据PWM控制信号控制开关磁阻电机的转矩。本发明保证IGBT的导通时间维持在一个合适的导通时间内，从而减小空载或负载很小时IGBT的开关损耗所占的比重，并避免IGBT开通时间过短，从而保护IGBT。

Description

一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法及系统

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机控制领域，尤其涉及一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法及系统。

背景技术

目前，开关磁阻电机控制方式中常采取脉宽调制(PWM)方式进行控制，现有的控制方式中PWM的频率固定，通过对PWM的占空比的调节，实现对电机绕组电流的控制，从而实现对开关磁阻电机转矩的控制。但是采用固定频率PWM进行控制时，在空载或负载很小时会出现PWM占空比很小，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的导通时间很短，IGBT在整个导通时间内几乎处于开通与关断的过渡状态，此时很大一部分能量消耗在IGBT的开关损耗中，且对IGBT本身的寿命影响很大。现在一些应用中常采取当PWM的占空比小于一个常量时，即认为是关断状态，从而避免IGBT导通周期过短。虽然采取上述方法可以避免IGBT导通时间过短，但是空载或负载很小时会使电机绕组电流脉动加大，以致使电机的转矩脉动加大，造成空载或负载很小时转速稳定性下降。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法及系统。

本发明提供了一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法，包括：

步骤1，获取电流调节器输出的占空比；

步骤2，对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率；

步骤3，执行机构根据PWM控制信号控制开关磁阻电机的转矩。

在一个示例中，第一预设值为第一频率的PWM控制信号所允许的最小占空比。

在一个示例中，第二频率为固定的频率，或者第二频率为对应于不同转速区间的频率。

在一个示例中，不同转速区间对应的频率之间的切换通过滞环比较实现。

在一个示例中，转速区间与第二频率的对应关系通过二维表格存储。

本发明提供了一种开关磁阻电机的脉宽调制控制系统，包括速度调节器、电流调节器以及执行机构，还包括PWM模式判断输出机构，用于获取电流调节器输出的占空比；对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率；

执行机构，用于根据PWM控制信号控制开关磁阻电机的转矩。

在一个示例中，PWM模式判断输出机构包括滞环比较器、模式选择开关、第一频率信号输出模块和第二频率信号输出模块；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，模式选择开关控制第一频率信号输出模块输出具有第一频率的PWM控制信号；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，模式选择开关控制第二频率信号输出模块输出具有第二频率的PWM控制信号。

在一个示例中，第一预设值为第一频率的PWM控制信号所允许的最小占空比。

本发明提供了一种PWM模式判断输出机构，PWM模式判断输出机构用于获取电流调节器输出的占空比；对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率。

在一个示例中，PWM模式判断输出机构包括滞环比较器、模式选择开关、第一频率信号输出模块和第二频率信号输出模块；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，模式选择开关控制第一频率信号输出模块输出具有第一频率的PWM控制信号；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，模式选择开关控制第二频率信号输出模块输出具有第二频率的PWM控制信号。

本发明可以实现开关磁阻电机在进行PWM控制时，当空载或负载很小时，在不加大转矩脉动的情况下，保证IGBT的导通时间维持在一个合适的导通时间内，从而减小空载或负载很小时IGBT的开关损耗所占的比重，并避免IGBT开通时间过短，从而保护IGBT。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是本发明提供的开关磁阻电机的脉宽调制控制系统示意图；

图2是PWM模式判断输出机构结构示意图；

图3是工作模式与占空比关系示意图；

图4是转速与PWM频率对应关系示意图；

图5是PWM频率变换波形。

具体实施方式

本发明实现开关磁阻电机在采用脉宽调制技术PWM控制时，在空载或负载很小的情况下，通过变频方式，实现了IGBT的导通时间维持在一定时间内，减小空载或负载很小时IGBT的开关损耗所占的比重，且不加大空载或负载很小时电机的转矩脉动。

本发明实现了在空载或负载很小的情况下，IGBT的导通时间大于最小允许值，如附图中图5所示，T1、T2分别为变频前和变频后的PWM的周期，变频前，ton1为最小允许的IGBT开通时间，变频后，PWM周期变为T2，且IGBT开通时间变为ton2，此时ton2＞ton1，大于IGBT的最小开通时间，从而延长了IGBT的导通时间。

本发明提供的开关磁阻电机的脉宽调制控制方法，包括：

1)、将电流调节器输出的PWM占空比送入PWM模式判断输出机构。图1显示了本发明提供的开关磁阻电机的脉宽调制控制系统，包括速度调节器、电流调节器、PWM模式判断输出机构以及执行机构。电流调节器的输出为所需要的占空比，此占空比将送至PWM模式判断输出机构，在PWM模式判断输出机构中进行判断是否需要进行变频操作，并将最终的PWM周期及占空比送至执行机构控制IGBT的开通关断，以控制开关磁阻电机M的转矩及转速。

2)在PWM模式判断输出机构中，将此PWM占空比进行滞环比较，判断是否进行变频操作还是按原先设定PWM频率输出，并通过切换开关切换到对应的模式。图2显示了PWM模式判断输出机构的内部结构，包括滞环比较器和开关K，当不需要变频时，按原先设定的固定PWM频率，当需要变频时，采用新的PWM频率。

滞环比较器的作用是对前端(电流调节器)输出的PWM占空比进行判断，当其占空比减小到小于a1时，则选择变频模式；当PWM占空比增大到大于a2时，则采用非变频模式。此滞环模式保证了从固定频率到变化频率切换的平滑过渡。切换开关K根据滞环比较器的模式选择，切换到相应的控制模式(变频模式和非变频模式)。

如图3所示，其中a1为原先PWM频率下所允许的最小占空比，且a1＜a2。当电流环输出的PWM占空比由a2减小到a1后，采用变频模式，此前一直采用非变频模式；当电流环输出的PWM占空比由a1增大到a2后，采用非变频模式，此前一直采用变频模式。

当选择非变频模式时，PWM输出频率仍然采用原先设定频率。

当选择变频模式时，可以采用另外一个固定频率的PWM，此频率小于原先设定的PWM频率，且在此频率下输出的占空比所对应的IGBT开通时间大于原先的PWM频率下最小允许占空比a1所对应的IGBT开通时间；或者根据转速选择相对应的PWM频率，具体来说，可以将转速分成几个转速段，每个转速段内采用一个相应的PWM频率，在此频率下，可使占空比保持在一个合适的值(不会太小)，两个转速段的切换采用滞环比较，以实现不同转速段得PWM频率的平滑切换。如图4所示，当转速由n_i转换到n_i+1后，PWM频率由PWMn_i变为PWM_n_i+1，此前频率一直为PWM_n_i；当转速由n_i+1转换到n_i后，PWM频率由PWM_n_i+1变为PWM_n_i，此前频率一直为PWM_n_i+1。

如果采用将转速分成几个转速段，每个转速段内采用一个相应的PWM频率的方案，可以事先建立转速-PWM频率的二维表格，将不同转速段下所对应的PWM频率固定在存储器(ROM，EEPROM，FLASH)中，可以通过实际转速查表获得对应转速段所需的PWM频率。

3)将获得PWM频率输入给执行机构，以控制开关磁阻电机的转矩。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此。任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，均可对其进行适当的改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种开关磁阻电机的脉宽调制控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取电流调节器输出的占空比；

步骤2，对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率，第二频率为固定的频率，或者第二频率为对应于不同转速区间的频率；

步骤3，执行机构根据PWM控制信号控制开关磁阻电机的转矩。

2.如权利要求1所述的脉宽调制控制方法，其特征在于，第一预设值为第一频率的PWM控制信号所允许的最小占空比。

3.如权利要求1所述的脉宽调制控制方法，其特征在于，不同转速区间对应的频率之间的切换通过滞环比较实现。

4.如权利要求3所述的脉宽调制控制方法，其特征在于，转速区间与第二频率的对应关系通过二维表格存储。

5.一种开关磁阻电机的脉宽调制控制系统，包括速度调节器、电流调节器以及执行机构，其特征在于，还包括PWM模式判断输出机构，用于获取电流调节器输出的占空比；对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率；

执行机构，用于根据PWM控制信号控制开关磁阻电机的转矩；

PWM模式判断输出机构包括滞环比较器、模式选择开关、第一频率信号输出模块和第二频率信号输出模块；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，模式选择开关控制第一频率信号输出模块输出具有第一频率的PWM控制信号；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，模式选择开关控制第二频率信号输出模块输出具有第二频率的PWM控制信号。

6.如权利要求5所述的脉宽调制控制系统，其特征在于，第一预设值为第一频率的PWM控制信号所允许的最小占空比。

7.一种PWM模式判断输出机构，其特征在于，PWM模式判断输出机构用于获取电流调节器输出的占空比；对电流调节器输出的占空比进行滞环比较；在电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，输出具有第一频率的PWM控制信号；在电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，输出具有第二频率的PWM控制信号；第一频率小于第二频率；

PWM模式判断输出机构包括滞环比较器、模式选择开关、第一频率信号输出模块和第二频率信号输出模块；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第二预设值下降到第一预设值时，模式选择开关控制第一频率信号输出模块输出具有第一频率的PWM控制信号；

滞环比较器判定电流调节器输出的占空比由第一预设值上升到第二预设值时，模式选择开关控制第二频率信号输出模块输出具有第二频率的PWM控制信号。