CN104716878B - 三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统 - Google Patents
三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统，该控制方法将双凸极电机的换相位置和相电流开通位置提前，并将相电流关断位置滞后，得到三个新的电角度控制参数，即提前换相角α、提前开通角β、滞后关断角γ。将一个完整的电周期划分为九个状态区间，每个区间对应着一种桥式逆变器的开关管导通模态，根据双凸极电机转子位置信息确定所在区间，控制相应开关管的导通与关闭，实现对电机的运行控制。本发明相比于传统的双凸极无刷直流电机控制方法，可以显著提高电机驱动系统的输出功率和工作效率。
Description
技术领域
本发明属于磁阻类同步电机驱动技术领域，特别涉及了三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统。
背景技术
双凸极电机是一类新颖的变磁阻电机，定转子均为凸极结构，转子上无绕组和永磁体，具有结构简单，成本低廉，运行可靠，维护容易等优点，在航空高速电机及地面低成本高效电机领域有重要应用价值。根据励磁方式的不同可以分为永磁式双凸极电机、电励磁式双凸极电机和混合励磁双凸极电机。永磁双式凸极电机是在电机定子上放置永磁体，实现电机的励磁，突出优点是效率高。电励磁式双凸极电机是在定子上放置一组专门的励磁绕组，实现电机外部独立励磁，突出优点是励磁大小和方向易于调节，有利于扩大电机的调速范围。混合励磁双凸极电机旨在从功率/转矩密度、效率以及调速范围等方面综合上述两种双凸极电机的优点。双凸极电机的电枢绕组通常采用集中式绕组，以提高导线的利用率。其相数一般有三相、四相、五相等，目前应用最多的是三相双凸极电机，它的功率变换器成本相对较低。
双凸极电机反电势波形非正弦，具有高阶非线性、参数强耦合的特点，作为电动机运行时，其控制难度较大，控制系统性能提升对于充分发挥该类电机高可靠和高效能的优点至关重要。一直以来，双凸极电机电动运行控制都是借鉴永磁无刷直流电机的控制方法，主要有以下控制方法：1、三相三状态标准角控制方法，即在一个电周期内，完成三次电枢电流的换相，换相发生在相电感的最大值处。该控制方法实现简单，但效果很差，电机功率出不来，且转矩脉动大；2、三相三状态提前角控制方法，即在一个电周期内，依然是三次电枢电流的换相，但换相点不是相电感的最大值处，而是相对提前，这样电机性能有所提高，但机械特性比较软；3、三相六状态控制方法，使得性能进一步提升，并且转矩脉动也相应减小。但是，双凸极电机本质上是磁阻类电机，与矩形波永磁无刷直流电机运行特性有很大差别，上述传统控制方法难以充分发挥该类电机的转矩和功率输出能力。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供三相双凸极无刷直流电机的控制方法和驱动系统，提高双凸极直流电机的输出功率和工作效率。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
三相双凸极无刷直流电机的控制方法，所述三相双凸极无刷直流电机的功率变换器采用三相全桥逆变器，三相双凸极无刷直流电机的A相、B相、C相电枢绕组分别对应连接到所述三相全桥逆变器的三相桥臂的中点，A相、B相、C相电枢绕组之间采用星型连接。在本控制方法中，将换相位置提前标准换相位置一个电角度α，该电角度α称为提前换相角，将相电流开通位置提前标准相电流开通位置一个电角度β，该电角度β称为提前开通角，将相电流关断位置滞后标准相电流关断位置一个电角度γ，该电角度γ称为滞后关断角；定义励磁电流从电源流向励磁绕组为励磁电流的正方向，反之为励磁电流的反方向，定义转子逆时钟方向旋转为正方向，反之为反方向；根据励磁电流的方向、转子旋转的方向、提前换相角α、提前开通角β和滞后关断角γ，得到四组控制逻辑，每组控制逻辑下包含九种开关管的导通模态：
第一组控制逻辑：励磁电流的方向为正方向，转子的旋转方向为正方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
第二组控制逻辑：励磁电流的方向为正方向，转子的旋转方向为反方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
第三组控制逻辑：励磁电流的方向为反方向，转子的旋转方向为正方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
第四组控制逻辑：励磁电流的方向为反方向，转子的旋转方向为反方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管
开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通。
本发明还包括三相双凸极无刷直流电机的驱动系统，包括直流电源、电源转换器、三相全桥逆变器、相电流检测调理单元、第一放大隔离单元、位置传感器以及数字信号处理器，三相双凸极无刷直流电机的A相、B相、C相电枢绕组分别对应连接到所述三相全桥逆变器的三相桥臂的中点，所述位置传感器检测三相双凸极无刷直流电机转子的位置信号，并将该位置信号传送给数字信号处理器，所述相电流检测调理单元检测三相双凸极无刷直流电机三相电枢绕组的相电流信号，并将该相电流信号经调理后传送给数字信号处理器，所述数字信号处理器根据接收到的转子位置信号和相电流信号产生PWM驱动信号，并将PWM驱动信号通过第一放大隔离单元传送给三相全桥逆变器，控制其各个开关管的通断，所述直流电源直接为三相全桥逆变器供电，直流电源通过电源转换器转换电压后为位置传感器、相电流检测调理单元以及数字信号处理器供电。
其中，上述驱动系统还包括励磁功率变换器、励磁电流检测调理单元和第二放大隔离单元，所述励磁功率变换器与三相双凸极无刷直流电机的励磁绕组连接，所述励磁电流检测调理单元检测励磁电流信号，并将励磁电流信号传送给数字信号处理器，数字信号处理器根据接收到的励磁电流信号产生PWM驱动信号，并通过第二放大隔离单元将PWM驱动信号传送给励磁功率变换器。
其中，上述位置传感器采用霍尔位置传感器。
其中，上述位置传感器采用旋转变压器或者位置编码器。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明使用了提前换相角α、提前开通角β、滞后关断角γ三个电角度控制参数，使得双凸极电机的正转矩输出得到增加，负转矩的产生得到减少，因此提高了电机的输出功率和工作效率。
双凸极电机的一个缺点就是转矩脉动大。而三相九状态控制方法，通过三个电角度的协同控制，存在三相同时导通的区间，使得三相电流交替变化更加平稳，可以有效的抑制转矩脉动。
三相九状态控制方法，提高了双凸极电机的转矩电流比，在同样的功率要求下，可以选择容量较小的功率器件，降低系统的硬件成本。
相对于以往的控制方法，采用三相九状态控制，只需要软件上的升级，不需要对电机本体以及硬件电路做改动，因此系统升级的成本很低。
所有双凸极电机，相电流的通电规律都是电流开通、电流反向、电流关断，这样一个变化过程，因此基于提前换相角α、提前开通角β、滞后关断角γ的角度控制方法，不仅适用于三相双凸极电机，同样适用于四相、五相等其他相数的双凸极电机。
附图说明
图1是三相电励磁双凸极电机的定转子展开图。
图2是三相双凸极电机的功率变换器结构、参数示意图。
图3是本发明双凸极电机相电感简化模型及九状态控制方法的开关管驱动信号。
图4是本发明三相双凸极无刷直流电机的驱动系统结构图。
图5(a)是本发明转子运动到Z1区间时双凸极电机的定转子展开图。
图5(b)是本发明转子运动到Z1区间时双凸极电机的结构、参数示意图。
图6(a)是本发明转子运动到Z2区间时双凸极电机的定转子展开图。
图6(b)是本发明转子运动到Z2区间时双凸极电机的结构、参数示意图。
图7(a)是本发明转子运动到Z3区间时双凸极电机的定转子展开图。
图7(b)是本发明转子运动到Z3区间时双凸极电机的结构、参数示意图。
主要标号说明：V1～V7：开关管；Ia、Ib、Ic：三相电枢电流；Udc：直流电源；Cf：母线滤波电容；If：励磁电流；n：转子旋转方向。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示三相电励磁双凸极电机的定转子展开图，该双凸极电机为电励磁式，定子上放置励磁绕组，包括A相、B相、C相三个定子极，分别放置A相、B相、C相电枢绕组，图中励磁电流If方向定义为正方向；图中A相定子极与转子极处于对正状态，A相电感达到最大值，定义此位置的电角度为0°；图中转子旋转方向n为逆时针旋转，将该旋转方向定义为正方向。
如图2所示三相双凸极电机的功率变换器结构、参数示意图，功率变换器为三相全桥逆变器，A相、B相、C相电枢绕组分别接到三相全桥逆变器的三相桥臂的中点，电枢绕组之间采用星形连接。开通上管，电流从电源流入电枢绕组，定义此时电枢电流的方向为正方向，如图中Ia、Ib、Ic所示；开通下管，电流从电枢绕组流出返回电源，定义此时电枢电流的方向为负方向。图中Udc为直流电源，Cf为母线滤波电容。
双凸极电机的标准换相位置是定转子极对正的位置，本发明方法中将换相位置提前一个电角度α，α称为提前换相角。提前换相角的作用是减少双凸极电机换相过程中出现的负转矩。双凸极电机的标准相电流开通位置是转子极开始滑入定子极的位置，本发明方法中将相电流开通位置提前一个电角度β，β称为提前开通角β。提前开通角的作用是增加双凸极电机转子极滑入定子极过程中正转矩的输出。双凸极电机的标准相电流关断位置是转子极结束滑出定子极的位置，本发明方法中将相电流关断位置滞后一个电角度γ，γ称为滞后关断角。滞后关断角的作用是减少双凸极电机转子极滑出定子极过程中负转矩的产生。
如图3所示本发明双凸极电机相电感简化模型及九状态控制方法的开关管驱动信号，图3纵坐标由上至下依次为三相电感的简化模型LA、LB、LC以及六个开关管的导通信号D1～D2。对于某一相的电感，分为电感上升区、电感下降区、电感不变区三个区间。A相电感最大时，定义电角度为0°，因此，B相电感最大时，电角度为120°，C相电感最大时，电角度为240°。提前换相角α、提前开通角β、滞后关断角γ相对位置的确定，以0°、120°、240°电角度为基准。
本发明双凸极电机的控制方法为三相九状态控制方法，根据励磁电流的方向和转子的旋转方向，总共可以得到四组逻辑控制。本实施例以图1、图2所示的拓扑和方向参数为例，可以得到图3所示的六个开关管的导通模态，类似的还有三组。
此处以图3为例，说明各个电角度区间内，双凸极电机运动控制过程。在电感简化模型中，电感上升区为转子极滑入定子极，电感下降区为转子极滑出定子极，电感不变区为转子槽对着定子极。
在Z1区间，即转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)位置，在此期间定转子相对位置、开关管导通模态、相电流方向、磁链方向如图5(a)、图5(b)所示。其中Ψf为励磁产生的磁链，ΨA、ΨB为A相、B相电枢产生的磁链，电枢磁链与励磁磁链方向相同即定子极上磁链增加，方向相反即磁链减少。在此期间开通V1、V6开关管。A相电枢中流过正向电流，A相定子极上磁链减少，转子极滑出A相定子极。B相电枢中流过负向电流，B相定子极上磁链增加，转子极滑入B相定子极。C相电枢中没有电流流过。
在Z2区间，即转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)位置，在此期间定转子相对位置、开关管导通模态、相电流方向、磁链方向如图6(a)、图6(b)所示。其中Ψf为励磁产生的磁链，ΨA、ΨB、ΨC为A相、B相、C相电枢产生的磁链，电枢磁链与励磁磁链方向相同即定子极上磁链增加，方向相反即磁链减少。在此期间开通V1、V2、V6开关管。A相电枢中继续流过正向电流，A相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出A相定子极。B相电枢中继续流过负向电流，B相定子极上磁链继续增加，转子极继续滑入B相定子极。C相电枢中流过负向电流，C相定子极上磁链提前增加，虽然此时转子极还没有滑入C相定子极。从图3可以看出，转子极滑入C相定子极是从电角度120°开始。若在电角度120°之后开通V2管，由于此时C相电感处于上升阶段，电流注入困难，磁链增加较少，电机输出的正转矩较小。因此使用提前开通角β，将V2管的开通，提前到(120°-α-β)位置，此时C相电感较小，电流注入容易，磁链可以增加到较大值，当转子极开始滑入C相定子极时，可以产生较大的正转矩。
在Z3区间，即转子从电角度(120°–α)运动到(120°-α+γ)位置，在此期间定转子相对位置、开关管导通模态、相电流方向、磁链方向如图7(a)、图7(b)所示。其中Ψf为励磁产生的磁链，ΨA、ΨB、ΨC为A相、B相、C相电枢产生的磁链，电枢磁链与励磁磁链方向相同即定子极上磁链增加，方向相反即磁链减少。在此期间开通V1、V2、V3开关管。A相电枢中继续流过正向电流，A相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出A相定子极。从图3可以看出，转子极完全滑出A相定子极是从电角度120°开始。若在电角度120°之前关断V1管，则A相定子极上的磁链反而增加，会产生负转矩。因此使用滞后关断角γ，将V1管的关断，推迟到(120°-α+γ)位置，因此减少了负转矩的产生。B相电枢中电流反向，流过正向电流，B相定子极上磁链提前减少，虽然转子极还在滑入B相定子极。从图3可以看出，转子极滑出B相定子极是从电角度120°开始。若在电角度120°电流开始反向，此时相电感值较大，电流反向困难，B相定子极上磁链减少缓慢，会产生较大的负转矩。因此使用提前换相角α，将V6管的关断、V3管的开通，提前到(120°–α)位置，因此减少了换相过程中的负转矩。C相电枢中继续流过负向电流，C相定子极上磁链继续增加，为转子极的滑入做准备。
在Z4区间，即转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)位置，在此期间开通V2、V3开关管。B相电枢中流过正向电流，B相定子极上磁链减少，转子极滑出B相定子极。C相电枢中流过负向电流，C相定子极上磁链增加，转子极滑入C相定子极。A相电枢中没有电流流过。
在Z5区间，即转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°–α)位置，在此期间开通V2、V3、V4开关管。B相电枢中继续流过正向电流，B相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出B相定子极。C相电枢中继续流过负向电流，C相定子极上磁链继续增加，转子极继续滑入C相定子极。A相电枢中流过负向电流，A相定子极上磁链提前增加。
在Z6区间，即转子从电角度(240°–α)运动到(240°-α+γ)位置，在此期间开通V3、V4、V5开关管。B相电枢中继续流过正向电流，B相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出B相定子极。C相电枢中电流反向，流过正向电流，C相定子极上磁链开始提前减少。A相电枢中继续流过负向电流，A相定子极上磁链继续增加，为转子极的滑入做准备。
在Z7区间，即转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°–α-β)位置，在此期间开通V4、V5开关管。C相电枢中流过正向电流，C相定子极上磁链减少，转子极滑出C相定子极。A相电枢中流过负向电流，A相定子极上磁链增加，转子极滑入A相定子极。B相电枢中没有电流流过。
在Z8区间，即转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°–α)位置，在此期间开通V4、V5、V6开关管。C相电枢中继续流过正向电流，C相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出C相定子极。A相电枢中继续流过负向电流，A相定子极上磁链继续增加，转子极继续滑入A相定子极。B相电枢中流过负向电流，B相定子极上磁链提前增加。
在Z9区间，即转子从电角度(360°–α)运动到(360°-α+γ)位置，在此期间开通V1、V5、V6开关管。C相电枢中继续流过正向电流，C相定子极上磁链继续减少，转子极继续滑出C相定子极。A相电枢中电流反向，流过正向电流，A相定子极上磁链开始提前减少。B相电枢中继续流过负向电流，B相定子极上磁链继续增加，为转子极的滑入做准备。
在图1、图2所示的拓扑中，改变励磁电流方向，改变转子旋转方向，可以得到四组控制逻辑，每组逻辑包含九种开关管导通模态。图1中励磁电流方向定义为正方向，转子逆时针方向旋转定义为正方向。四组逻辑如表1所示，使用九状态控制方法时，根据实际情况进行选择。
表1
提前换相角α、提前开通角β、滞后关断角γ的数值与电机本体设计、转速高低、负载大小密切相关。实际数值的选取，可以通过实验标定，或者仿真计算来得到。
如图4所示本发明三相双凸极无刷直流电机的驱动系统结构图，包括三相全桥逆变器、励磁功率变换器、位置传感器、数字信号处理器(DSP)、直流电源、电源转换器、第一放大隔离单元、第二放大隔离单元、励磁电流检测调理单元、相电流检测调理单元。双凸极电机的励磁方式可以是电励磁，也可以是永磁体励磁，具体形式对本发明的方法没有影响，但系统组成不同。对于电励磁双凸极电机驱动，如图4所示，需要有励磁功率变换器、励磁电流检测调理单元，以实现励磁电流的闭环调节控制，而永磁体励磁方式则没有这些部分。电励磁双凸极电机的励磁磁场可以调节，这样在高速时可以实现弱磁调速，提高电机的调速范围。
在双凸极电机的三相九状态控制方法中，需要知道转子的准确位置，这就需要使用位置传感器，例如旋转变压器、霍尔位置传感器、位置编码器等。图4中使用了三个霍尔位置信号传感器，通过三个霍尔信号的高低电平组合，可以识别出6个位置区域，每个占60°电角度，这不能满足控制方法所要求的位置精度。因此可以通过硬件或者软件倍频的方法，对转子位置进行细分，以获得更小的电角度分辨率，提高控制的精度。例如对于12/8极双凸极电机，使用512倍频电路后，分辨率可以达到0.7°电角度。这样DSP就可以实时读取到精确的转子位置，判断当前所处的电角度区间，然后按照九状态控制方法中开关管的导通模态，给出相应的PWM信号，控制三相全桥逆变器工作，驱动双凸极电机运行。
使用三相九状态控制方法，双凸极电机同样可以实现开环或者闭环控制。例如当采用双闭环控制时，外环是速度环，内环是电流环。如图4所示，DSP实时检测转子位置信息，根据转子当前所处位置，确定属于哪个电角度区间，并开通相应的开关管。同时DSP通过AD采样得到各个相电流的数值，以负反馈形式输入电流PI调节器，与给定的电流参考值做比较，得到相应的PWM占空比信息，控制开关管的开通与关断时长，实现双凸极电机电流闭环控制。同时通过位置传感器得到电机的转速信息，以负反馈形式输入转速PI调节器，与给定的速度参考值做比较，得到电流参考值，作为电流PI调节器的输入，实现双凸极电机速度闭环控制。
本发明方法实现简单，控制容易。不仅适用于电励磁式双凸极电机，也适用于永磁式双凸极电机。基于同样的工作原理，本发明方法也可用于其他相数的双凸极电机控制，例如四相、五相的双凸极电机。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.三相双凸极无刷直流电机的控制方法，所述三相双凸极无刷直流电机的功率变换器采用三相全桥逆变器，三相双凸极无刷直流电机的A相、B相、C相电枢绕组分别对应连接到所述三相全桥逆变器的三相桥臂的中点，A相、B相、C相电枢绕组之间采用星型连接，其特征在于：在本控制方法中，将换相位置提前标准换相位置一个电角度α，该电角度α称为提前换相角，将相电流开通位置提前标准相电流开通位置一个电角度β，该电角度β称为提前开通角，将相电流关断位置滞后标准相电流关断位置一个电角度γ，该电角度γ称为滞后关断角；定义励磁电流从电源流向励磁绕组为励磁电流的正方向，反之为励磁电流的反方向，定义转子逆时钟方向旋转为正方向，反之为反方向；根据励磁电流的方向、转子旋转的方向、提前换相角α、提前开通角β和滞后关断角γ，得到四组控制逻辑，每组控制逻辑下包含九种开关管的导通模态：
第一组控制逻辑：励磁电流的方向为正方向，转子的旋转方向为正方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
第二组控制逻辑：励磁电流的方向为正方向，转子的旋转方向为反方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
第三组控制逻辑：励磁电流的方向为反方向，转子的旋转方向为正方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(7)当转子从电角度(240°-α+γ)运动到(360°-α-β)，则A相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(8)当转子从电角度(360°-α-β)运动到(360°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(9)当转子从电角度(360°-α)运动到(360°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
第四组控制逻辑：励磁电流的方向为反方向，转子的旋转方向为反方向，则，
(1)当转子从电角度(0°-α+γ)运动到(120°-α-β)，则A相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(2)当转子从电角度(120°-α-β)运动到(120°-α)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的上开关管开通；
(3)当转子从电角度(120°-α)运动到(120°-α+γ)，则A相桥臂的下开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(4)当转子从电角度(120°-α+γ)运动到(240°-α-β)，则B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(5)当转子从电角度(240°-α-β)运动到(240°-α)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的上开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
(6)当转子从电角度(240°-α)运动到(240°-α+γ)，则A相桥臂的上开关管开通，B相桥臂的下开关管开通，C相桥臂的下开关管开通；
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