CN104993748A - 开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，采用旋转变压器测量所述开关磁阻电机的转子位置，经数字转换器变换成正交编码脉冲(QEP)信号，由DSP对QEP脉冲进行捕获并计数，根据所述旋转变压器的单位零位信号(Z信号)周期内的所述QEP脉冲的数量确定所述开关磁阻电机的电极位置及通电相；将所述开关磁阻电机的一个电感周期平均分为相邻且连续的若干通电区域，通电区域的数量N为3的倍数，其中第一通电区域的起始端为所述旋转变压器的零位位置，所述M个QEP脉冲在各通电区域平均分布。本发明利用2048个计数QEP脉冲去标识开关磁阻电机一个通电周期45°，使得位置查询更为精确，有效改善开关磁阻电机的转矩脉动问题。

Description

开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，尤其涉及一种开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法。

背景技术

开关磁阻电机传统的控制方式主要以控制电流参数为主，包括电流斩波方式(CCC)、位置角控制方式(APC)和电压斩波控制方式(VC)。其中，电流斩波方式通过固定开通角和关断角达到限制电流幅值的目的，常用于低速控制区域，但由于电机在两相重叠区域电流变化率小，因此容易在电机开通和关断续流期间产生转矩脉动；位置角控制方式通过调节开通角和关断角的时机来获取足够输出转矩，该方法虽然考虑通过调节转矩控制电机转速，但往往适用于电机高速运行，无法保证低速运行时转矩在换相区域平稳过渡，因此存在着局限性；电压斩波控制方式是一种通过改变绕组PWM占空比来实现控制电流大小的方式，但是没有对每相瞬时转矩进行跟踪控制，所以很难抑制转矩脉动，并且对器件的要求较高。由此可见，传统的控制思想大多是改变电流幅值或者PWM占空比来进行系统调速，但这样的控制方式并没有针对开关磁阻电机电磁特性本质，忽视了转矩脉动问题，所以也就不能保证输出转矩恒定。

因此，在现代控制理论研究中，学者们逐渐把目光投入到了转矩分析上，随着仿真技术的不断进步，学术上产生了诸如神经网络法、模糊控制法、自适应法等的现代智能控制理论。不过以上现代智能控制策略大都利用Mtalab、Simulink等软件分析仿真为主，从相关波形数据和论证结果上来看，确实可以获得开关磁阻电机良好的恒转矩特性。但是开关磁阻电机是基于功率变换器的整体系统，因此还需要理论与实践结合，配合工程实践进行深入研究探索，才能发挥开关磁阻电机最大特点。

发明内容

本发明的目的是为解决目前开关磁阻电机控制方式容易产生转矩脉动，不能保证输出转矩恒定的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，所述开关磁阻电机为三相，分别为A相、B相和C相，所述方法包括：

采用旋转变压器测量所述开关磁阻电机的转子位置，所述旋转变压器测得的开关磁阻电机转子角位置模拟量信号经数字转换器变换成正交编码脉冲(QEP)信号，将所述QEP信号送入数字信号处理器(DSP)，由所述DSP对QEP脉冲进行捕获并计数，随着所述开关磁阻电机转子位置的变化，计数的QEP脉冲数量P在开关磁阻电机的一个电感周期内从0增加到M；

根据所述旋转变压器的单位零位信号(Z信号)周期内的所述QEP脉冲的数量P确定所述开关磁阻电机的电极位置及通电相；

将所述开关磁阻电机的一个电感周期平均分为相邻且连续的若干通电区域，通电区域的数量N为3的倍数，其中第一通电区域的起始端为所述旋转变压器的零位位置，所述M个QEP脉冲在各通电区域平均分布。

进一步地，所述开关磁阻电机为12/8极。

进一步地，所述旋转变压器为8对极。

进一步地，所述M＝2048。

进一步地，所述N＝6。

进一步地，如果所述旋转变压器的Z信号位置安装在C相电感最小的位置，则Z信号位置为所述P＝0的位置，所述C相的通电区域为0≤P＜683，B相的通电区域为683≤P＜1366，A相的通电区域为1366≤P＜2048。

进一步地，在所述DSP中，用Qepa、Qepb和Qepc分别表示所述开关磁阻电机在一个电感周期里A、B和C相的定子和转子相对位置的QEP脉冲计数的数量，当DSP捕获到所述Z信号时，则Qepa、Qepb和Qepc均在DSP捕获QEP脉冲的中断里自加；当Qepa＝0时，A相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepa＝1024时，A相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断；当Qepb＝0时，B相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepb＝1024时，B相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断；当Qepc＝0时，C相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepc＝1024时，C相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断。

本发明采用直接瞬时转矩控制策略，通过数字标识位置方法精确了转矩分配函数，进行“电流--位置--转矩”的转矩分配函数三维曲线簇搭建，利用2048个计数QEP脉冲去标识开关磁阻电机一个通电周期45°，使得位置查询更为精确；利用数字标识即可确定通电相，应用中更为方便；有效改善开关磁阻电机的转矩脉动问题，提高电机的效率，减小振动和噪声。

附图说明

图1为开关磁阻电机三相电感通电区域图。

图2为本发明的电气原理框图。

图3为三相12/8极开关磁阻电机三相瞬时转矩示意图。

图4为“电流-位置-转矩”的转矩分配函数。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，且其不应理解为对本发明的限制。

图2为本发明的电气原理框图，旋转变压器测量开关磁阻电机转子的角位置，经位置解调电路后送入DSP(数字信号处理器)，DSP根据测得的角位置控制功率变换器的导通和关断，进而达到控制开关磁阻电机转矩的目的。

图3是根据下表1“5A电流下的转矩分配表”绘制的三相12/8极开关磁阻电机三相瞬时转矩示意图。

表1

表中，θ为开关磁阻电机转子的角位置，T(5,θ)为开关磁阻电机的瞬时转矩。

下表2为三相位置信息数字标识，即每个通电区域临界点处各相位置数字起始值。如刚检测到区域(area)2时，A相位置数字量为1024，B相位置数字量为-342，C相位置数字量为324。其中负数代表处于电感位置下降区。

表2

如图1-4所示，本发明的具体实施例如下：

实施例1：假设此时的电流为5A，经旋转变压器检测的QEP脉冲数量P为200，则根据图1可以判断，此时的通电逻辑即为C相。由表2可以判断出此时的各相位置信息为Qepa＝882，Qepb＝-482，Qepc＝200。

Qepc＝200对应的机械角度θc为:那么在此位置下可由图3查询到瞬时转矩Tc＝0.6N·m，对应的Ta＝3.5N·m，Tb＝0N·m。所以总的瞬时转矩即为4.1N·m。

实施例2

假设此时的电流为7A，经旋转变压器检测的QEP脉冲数量P为200，则根据图1可以判断，此时的通电逻辑即为C相。由表2可以判断出此时的各相位置信息Qepa＝882，Qepb＝-482，Qepc＝200。

Qepc＝200对应的机械角度θc为:因为图4只绘出了0到35A，每5A电流为一个跨度的“电流--位置--转矩”二维曲线簇，所以其他电流下的“位置-转矩”特性曲线，这里采用等比例法近似去估算实际转矩，公式如下：

$T(7,{\mathrm{\θ}}_c)=T(5,{\mathrm{\θ}}_c)+\frac{(7-5)}{5}\left(T\right(10,{\mathrm{\θ}}_c)-T(5,{\mathrm{\θ}}_c\left)\right)$

经图4查询可知T(10,θ_c)＝2.4N·m，T(5,θ_c)＝0.6N·m，所以T(7,θ_c)＝1.32N·m。同样的道理可以计算出T(7,θ_a)＝7.78N·m，T(7,θ_c)＝0N·m。所以总的瞬时转矩大小为9.1N·m。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，所述开关磁阻电机为三相，分别为A相、B相和C相，其特征在于，所述方法包括：

采用旋转变压器测量所述开关磁阻电机的转子位置，所述旋转变压器测得的开关磁阻电机转子角位置模拟量信号经数字转换器变换成正交编码脉冲（QEP）信号，将所述QEP信号送入数字信号处理器（DSP），由所述DSP对QEP脉冲进行捕获并计数，随着所述开关磁阻电机转子位置的变化，计数的QEP脉冲数量P在开关磁阻电机的一个电感周期内从0增加到M；

根据所述旋转变压器的单位零位信号（Z信号）周期内的所述QEP脉冲的数量P确定所述开关磁阻电机的电极位置及通电相；

将所述开关磁阻电机的一个电感周期平均分为相邻且连续的若干通电区域，通电区域的数量N为3的倍数，其中第一通电区域的起始端为所述旋转变压器的零位位置，所述M个QEP脉冲在各通电区域平均分布。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，所述开关磁阻电机为12/8极。

3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，所述旋转变压器为8对极。

4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，所述M=2048。

5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，所述N=6。

6.根据权利要求5所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，如果所述旋转变压器的Z信号位置安装在C相电感最小的位置，则Z信号位置为所述P=0的位置，所述C相的通电区域为0≤P＜683，B相的通电区域为683≤P＜1366，A相的通电区域为1366≤P＜2048。

7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制中位置识别的方法，其特征在于，在所述DSP中，用Qepa、Qepb和Qepc分别表示所述开关磁阻电机在一个电感周期里A、B和C相的定子和转子相对位置的QEP脉冲计数的数量，当DSP捕获到所述Z信号时，则Qepa、Qepb和Qepc均在DSP捕获QEP脉冲的中断里自加；当Qepa=0时，A相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepa=1024时，A相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断；当Qepb=0时，B相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepb=1024时，B相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断；当Qepc=0时，C相处于不对齐位置临界点而开始进入电感上升区并导通；当Qepc=1024时，C相处于对齐位置临界点而开始进入电感下降区并关断。