CN105656363B - 基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统及控制方法，涉及开关磁阻电机数字控制系统领域。所述开关磁阻电机控制系统由开关磁阻电机，多极磁阻旋变，电源转换板，多极磁阻旋变解码板，数字控制器，驱动器组成；在数字控制器主程序中将开关磁阻电机各相的开通、关断角量化为12位解码数值，通过读取解码数值的方法实现各开关管的开通、关断命令。本发明相较使用霍尔元件的开关磁阻电机控制系统而言，一方面增强了开关磁阻电机角度位置控制(APC)的灵活性、保证了控制的实时性和准确性；另一方面大大提高了位置传感器工作的可靠性，使得开关磁阻电机能够适应于高温、强震动等恶劣环境运行。

Description

基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统及控制方法
技术领域
本发明基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统及控制方法涉及开关磁阻电机数字控制系统领域，特别是涉及开关磁阻电机用软件角度细分实现角度位置控制领域。
背景技术
随着多电飞机和全电飞机技术的迅速发展，对飞机电气系统提出了新的、更高的要求。预计2015年前后，单台发动机提供的电力将达到500kW。传统的发动机用引气方式为发电机提供机械能，这种方式会严重影响发动机的效率和稳定性。在多电飞机中，综合发动机系统和起动/发电系统的功能和结构，出现了多电发动机，多电发动机除提供飞机飞行所需的推力外，还为飞机的用电系统提供电力。因此，大功率起动/发电技术是实现多电发动机的一项关键技术。开关磁阻电机结构简单、容错性好、适合高转速运行、适应恶劣工作环境，并且可以方便地实现起动和发电双功能，这些特点决定了开关磁阻起动/发电机系统在多电发动机中的适用性，因此，它在270V航空高压直流起动/发电机系统中占有重要地位。
角度位置控制(APC)是开关磁阻电机控制策略中最复杂的一种方法，但是，它的控制最灵活、效果最好，其技术关键在于角度细分。传统采用锁相倍频技术实现硬件角度细分，一方面加大了硬件设计的复杂性、降低了电路的可靠性，另一方面由于锁相环中低通滤波器的影响，对转速变化的锁定有一定的延时，细分实时性较差；此外，传统的霍尔传感器、光电码盘等位置传感器对环境的依赖性较强，无法适应飞机发动机中高温、强震动等恶劣环境。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能提高开关磁阻电机角度位置控制(APC)灵活性，同时保证控制实时性和准确性，并具有较高可靠性、能适应恶劣环境运行的开关磁阻电机控制系统。
本发明采取的技术方案为，一种基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统，所述开关磁阻电机控制系统由开关磁阻电机1，多极磁阻旋变2，电源转换板3，多极磁阻旋变解码板4，数字控制器5，驱动器6组成；其中极对数相同的开关磁阻电机1与多极磁阻旋变2的转子同轴安装；通过电源转换板3向多极磁阻旋变解码板4、数字控制器5、驱动器6提供所需的各种电平；通过多极磁阻旋变解码板4向多极磁阻旋变2提供激磁信号，同时多极磁阻旋变解码板4接收多极磁阻旋变2输出的正余弦信号用于数字解码；数字控制器5将开关磁阻电机1各相开通、关断角均量化为12位解码数值，通过数据总线接收多极磁阻旋变解码板4输出的绝对位置解码数值，并结合保护信号和占空比值向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机1按预先设定的开通、关断角运行。
一种基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制方法，具体控制步骤如下：
步骤1：将开关磁阻电机1的转子位置角调至A相为0°，根据开关磁阻电机1转向判断出此时其余各相的转子位置角，手动调整多极磁阻旋变2的定子使得此时的解码数值为0，并固定多极磁阻旋变2的定子；
步骤2：将开关磁阻电机1的各相开通、关断角分别量化为旋变解码数值，并结合开关磁阻电机1的转向和切换IGBT管的开通、关断状态角度区间宽度得出对应的解码数值区间；
步骤3：读取旋变解码数值，并判读当前解码数值是否处于步骤2中的解码数值区间中；
步骤4：当旋变解码数值处于步骤2中的解码数值区间时，则结合保护信号和占空比值数字控制器5向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机1按预先设定的开通、关断角运行，跳转运行步骤2，直至数字控制器5发出关机指令；
步骤5：当旋变解码数值不处于步骤2中的解码数值区间时，数字控制器5仅根据保护信号和占空比值向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，旋变解码数值不参与开关磁阻电机1换向，跳转运行步骤2，直至数字控制器5发出关机指令。
本发明具有的优点和有益效果：本发明是一种基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统和控制方法的设计。多极磁阻旋变与开关磁阻电机结构类似，其转子无线圈、无永磁体，结构简单可靠，适应恶劣环境运行，将极对数相同的多极磁阻旋变转子与开关磁阻电机转子同轴安装，利用旋变专用解码芯片AD2S1200实现旋变的绝对位置解码，从而分辨出开关磁阻电机各相的转子位置角，可以实现开关磁阻电机任意开通、关断角，极大提高了开关磁阻电机角度位置控制(APC)的灵活性、同时保证了控制的实时性和准确性。
附图说明
图1是8/6极四相开关磁阻电机1转子与六对极多极磁阻旋变2转子的安装关系示意图；
图2是一种基于多极磁阻旋变2的开关磁阻电机1控制系统框图；
图3是开关磁阻电机1转子位置角数字化流程图；
图4是软件角度细分示意图；
其中；θonA：开关磁阻电机1的A相开通角对应旋变解码数值；θoffA：开关磁阻电机1的A相关断角对应旋变解码数值；DK：切换IGBT管开通、关断状态角度区间宽度对应旋变解码数值变化量；CW：电机输出轴顺时针方向旋转；1：开关磁阻电机；2：多极磁阻旋变；3：电源转换板；4：多极磁阻旋变解码板；5：数字控制器；6：驱动器；7：开关磁阻电机转子；8：多极磁阻旋变转子；9：IGBT管由关断切换为开通区间；10：IGBT管由开通切换为关断区间。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做详细说明，设计基于六对极多极磁阻旋变的8/6极四相开关磁阻电机控制系统。
本发明的工作原理为：将极对数相同的开关磁阻电机1与多极磁阻旋变2的转子同轴安装，通过电源转换板3向多极磁阻旋变解码板4、数字控制器5、驱动器6提供所需的各种电平，通过多极磁阻旋变解码板4向多极磁阻旋变2提供激磁信号，同时多极磁阻旋变解码板4接收多极磁阻旋变2输出的正余弦信号用于数字解码，数字控制器5通过数据总线接收多极磁阻旋变解码板4输出的绝对位置解码信号，将开关磁阻电机1各相开通、关断角量化为12位解码数值，通过读取绝对位置解码信号、并结合保护信号和占空比值数字控制器5向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机1按所需要的方式运行。
本发明具体控制步骤如下：
步骤1：将开关磁阻电机1的转子位置角调至A相为0°，根据开关磁阻电机1转向判断出此时其余各相的转子位置角，手动调整多极磁阻旋变2的定子使得此时的解码数值为0，并固定多极磁阻旋变2的定子；
步骤2：将开关磁阻电机1的各相开通、关断角分别量化为旋变解码数值，并结合开关磁阻电机1的转向和切换IGBT管的开通、关断状态角度区间宽度得出对应的解码数值区间；
步骤3：读取旋变解码数值，并判读当前解码数值是否处于步骤2中的解码数值区间中；
步骤4：当旋变解码数值处于步骤2中的解码数值区间时，则结合保护信号和占空比值数字控制器5向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机1按预先设定的开通、关断角运行，跳转运行步骤2，直至数字控制器5发出关机指令；
步骤5：当旋变解码数值不处于步骤2中的解码数值区间时，数字控制器5仅根据保护信号和占空比值向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，旋变解码数值不参与开关磁阻电机1换向，跳转运行步骤2，直至数字控制器5发出关机指令。
实施例
1.如图1所示，将8/6极四相开关磁阻电机1的转子和六对极多极磁阻旋变2的转子同轴安装；
2.如图2所示，将开关磁阻电机1，多极磁阻旋变2，电源转换板3，多极磁阻旋变解码板4，数字控制器5，驱动器6按图2连接；
3.如图3所示，将开关磁阻电机1的转子位置角调至A相为0°，根据开关磁阻电机1转向为顺时针判断出此时B、C、D相的转子位置角分别为15°、30°、45°，手动调整多极磁阻旋变2的定子使得此时的解码数值为0，并固定多极磁阻旋变2的定子；
4.如图4所示，选取开关磁阻电机1开通角0°、关断角22.5°，对应开关磁阻电机1的A相解码数值θonA为0，θoffA为2048，为避免浪费软件机时，仅在0.5°的角度区间切换IGBT管的开通、关断命令，对应的DK数值为45，即当系统正常工作时，旋变解码数值为0～45时执行开关磁阻电机1的A相IGBT管的开通命令，旋变解码数值为2048～2093时执行开关磁阻电机1的A相IGBT管的关断命令，其余时刻开关磁阻电机1的A相IGBT管保持前一时刻的状态不变。
5.读取多极磁阻旋变2的解码数值为2048，恰好处于开关磁阻电机1的A相执行IGBT管关断命令区间；
6.将开关磁阻电机1的A相IGBT管由开通状态切换为关断状态，完成换向。
本发明中，六对极多极磁阻旋变2与8/6极四相开关磁阻电机1结构类似，其转子无线圈、无永磁体，结构简单可靠，适应恶劣环境运行，利用旋变专用解码芯片AD2S1200实现旋变的绝对位置解码，从而分辨出开关磁阻电机1各相的转子位置角，可以实现开关磁阻电机1任意开通、关断角，极大提高了开关磁阻电机1角度位置控制(APC)的灵活性、同时保证了控制的实时性和准确性。

Claims (2)

1.基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，所述开关磁阻电机控制系统由开关磁阻电机(1)，多极磁阻旋变(2)，电源转换板(3)，多极磁阻旋变解码板(4)，数字控制器(5)，驱动器(6)组成；其中极对数相同的开关磁阻电机(1)与多极磁阻旋变(2)的转子同轴安装；通过电源转换板(3)向多极磁阻旋变解码板(4)、数字控制器(5)、驱动器(6)提供所需的各种电平；通过多极磁阻旋变解码板(4)向多极磁阻旋变(2)提供激磁信号，同时多极磁阻旋变解码板(4)接收多极磁阻旋变(2)输出的正余弦信号用于数字解码；数字控制器(5)将开关磁阻电机(1)各相开通、关断角均量化为12位解码数值，通过数据总线接收多极磁阻旋变解码板(4)输出的绝对位置解码数值，并结合保护信号和占空比值向驱动器(6)发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机(1)按预先设定的开通、关断角运行。
2.基于多极磁阻旋变的开关磁阻电机控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下：
步骤1：将开关磁阻电机(1)的转子位置角调至A相为0°，根据开关磁阻电机(1)转向判断出此时其余各相的转子位置角，手动调整多极磁阻旋变(2)的定子使得此时的解码数值为0，并固定多极磁阻旋变(2)的定子；
步骤2：将开关磁阻电机(1)的各相开通、关断角分别量化为旋变解码数值，并结合开关磁阻电机(1)的转向和切换IGBT管的开通、关断状态角度区间宽度得出对应的解码数值区间；
步骤3：读取旋变解码数值，并判读当前解码数值是否处于步骤2中的解码数值区间中；
步骤4：当旋变解码数值处于步骤2中的解码数值区间时，则结合保护信号和占空比值数字控制器(5)向驱动器(6)发送各IGBT管的开关指令，控制开关磁阻电机(1)按预先设定的开通、关断角运行，跳转运行步骤2，直至数字控制器(5)发出关机指令；
步骤5：当旋变解码数值不处于步骤2中的解码数值区间时，数字控制器(5)仅根据保护信号和占空比值向驱动器(6)发送各IGBT管的开关指令，旋变解码数值不参与开关磁阻电机(1)换向，跳转运行步骤2，直至数字控制器(5)发出关机指令。
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