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专利号: 2017112906699
申请人: 湖北玥研科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种开关磁阻驱动系统控制方法,其特征在于:所述的开关磁阻驱动系统包括控制器(100)、用户操控装置(200)、开关磁阻电机(300)和磁电编码器(400);

其中,所述控制器(100)分别连接所述用户操控装置(200)和所述开关磁阻电机(300),所述开关磁阻电机(300)连接所述磁电编码器(400);

所述用户操控装置(200)向所述控制器(100)提供驱动系统运行的控制信号,所述磁电编码器(400)检测所述开关磁阻电机(300)的电机转子绝对角位置信号,并将其传送给所述控制器(100),所述控制器(100)根据电机转子绝对角位置信号和所述用户操控装置(200)提供所述驱动系统运行的控制信号,通过电流闭环矢量控制、转矩控制及速度闭环输出一进一出各两路U、V、W的PWM驱动信号给所述开关磁阻电机(300),控制所述驱动系统带动的负载工作;

所述驱动系统还包括一电池组(500),所述电池组(500)连接所述控制器(100),用于给所述控制器(100)提供正极和负极动力电源;

所述控制器(100)包括控制模块(101)、电源模块(102)、功率模块(103)、电流检测模块(104)、位置检测模块(105)和接口模块(106);

其中,所述控制模块(101)分别连接所述电源模块(102)、所述功率模块(103)、所述电流检测模块(104)、所述位置检测模块(105)和所述接口模块(106),且所述电源模块(102)还连接所述功率模块(103)、所述电流检测模块(104)、所述位置检测模块(105)和所述电池组(500);所述功率模块(103)分别连接所述电流检测模块(104)和所述开关磁阻电机(300);所述位置检测模块(105)连接所述磁电编码器(400);所述接口模块(106)连接所述用户操控装置(200);

所述电源模块(102)为所述控制模块(101)提供控制电源,还为所述功率模块(103)提供功率电源,亦为所述电流检测模块(104)和所述位置检测模块(105)分别提供检测电源;

所述控制模块(101)接收所述位置检测模块(105)提供的所述开关磁阻电机(300)的电机转子绝对角位置信号,以及所述电流检测模块(104)提供的所述开关磁阻电机(300)的电机电流反馈信号,通过电流闭环矢量控制、转矩控制及速度闭环控制算法获得驱动所述开关磁阻电机(300)的一进一出各两路U、V、W的PWM驱动信号,并传送给所述功率模块(103);

所述功率模块(103)根据所述电源模块(102)提供的功率电源和所述控制模块(101)提供的PWM信号,产生U、V、W电机三相信号驱动所述开关磁阻电机(300);所述控制模块(101)通过所述接口模块(106)接收所述用户操控装置(200)提供所述驱动系统运行的控制信号,实现所述驱动系统的具体功能控制;

所述磁电编码器(400)包括转子和定子:

所述转子采用磁钢环(401),所述磁钢环(401)套在所述开关磁阻电机(300)的尾轴(409)上,与所述开关磁阻电机(300)的转子同步旋转;

所述定子采用定子支架(402)、霍尔磁感应元件(403)、PCB电路板(404);所述霍尔磁感应元件(403)定位安装在所述定子支架(402)上,所述霍尔磁感应元件(403)的引脚焊接在所述PCB电路板(404)上,所述PCB电路板(404)固定在所述定子支架(402)上;

所述定子支架(402)安装固定在所述开关磁阻电机(300)的后法兰(408)上;

所述霍尔磁感应元件(403)感应所述磁钢环(401)随所述开关磁阻电机(300)的转子同步旋转产生的磁场变化信号,并将磁场变化信号转化为模拟电压信号传送给所述PCB电路板(404),所述PCB电路板(404)的信号接口,输出给所述控制器(100)的所述位置检测模块(105);

该开关磁阻驱动系统控制方法,包括以下步骤:

1)采用电机速度作为横坐标,电机转矩为纵坐标进行象限划分,其中,第一象限需要满足速度>0,转矩>0条件;

第二象限需要满足速度<0,转矩>0条件;

第三象限需要满足速度<0,转矩<0条件;

第四象限需要满足速度>0,转矩<0条件;

2)针对每一象限控制进入后,针对所述驱动系统进行电流闭环矢量控制、转矩控制及速度闭环控制;

3)象限之间的控制转换方法如下:

第一步,当前象限控制进入后,首先根据当前速度反馈,进行两步法关断角提前角度计算;

第二步,对速度反馈进行限速处理,同时获得临时速度反馈和计算限制滞后导通角;

第三步,根据转矩处理器或速度控制器输出的电流指令和每个控制周期电角度变化,分别计算开通角补偿值和关断角补偿值;

第四步,根据当前速度反馈,进行速度判断,分为低速区、高速区、中速区;

第五步,在每个速度区间,根据开通角设定值、开通角补偿值、限制滞后导通角计算开通角;根据关断角设定值、关断角补偿值计算关断角;并对开通角和关断角分别进行死区角度处理:开通角减去所设定的死区角度获得开通角输出值,关断角减去所设定的死区角度获得关断角输出值;根据死区角度处理后的关断角和两步法关断角提前角度计算两步法关断角;

第六步,对开通角、关断角、两步法关断角进行角度范围限制;

第七步,根据计算出的开通角、关断角、两步法关断角通过设计相通电控制器判断导通或者关闭类型,结束当前象限控制。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻驱动系统控制方法,其特征在于:所述步骤2)中,对电流矢量控制的方法如下:第一步,电流控制中断开始后,触发电流采样分别获得电机U相电流反馈Iu_fb、V相电流反馈Iv_fb和W相电流反馈Iw_fb,同时读取所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb;

第二步,电流指令I_ref分别传送给U相电流指令Iu_ref、V相电流指令Iv_ref、W相电流指令Iw_ref,即I_ref=Iu_ref=Iv_ref=Iw_ref;

U相电流PID控制器根据U相电流指令Iu_ref和U相电流反馈Iu_fb的差值ΔIu通过计算输出U相驱动电压ΔUu;

V相电流PID控制器根据V相电流指令Iv_ref和V相电流反馈Iv_fb的差值ΔIv通过计算输出V相驱动电压ΔUv;

W相电流PID控制器根据W相电流指令Iw_ref和W相电流反馈Iw_fb的差值ΔIw通过计算输出W相驱动电压ΔUw;

第三步,设计相通电控制器根据三相驱动电压ΔUu、ΔUv、ΔUw,以及所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb判断并转化成PWM驱动信号输出,再经过所述功率模块(103)生成U、V、W三相电流控制所述开关磁阻电机(300)。

3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻驱动系统控制方法,其特征在于:所述步骤2)中,对转矩控制的方法如下:第一步,转矩控制中断开始后,触发电流采样分别获得电机U相电流反馈Iu_fb、V相电流反馈Iv_fb和W相电流反馈Iw_fb,同时读取所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb;

第二步,电机转子绝对角位置信号θ_fb经过微分器计算后输出速度反馈V_fb;

第三步,设计转矩处理器根据用户操控装置提供的转矩指令T_ref和速度反馈V_fb计算处理输出电流指令I_ref输入到三相独立电流控制中;

第四步,通过运行电流控制内环,最终实现对所述驱动系统的外环转矩控制。

4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻驱动系统控制方法,其特征在于:所述步骤2)中,对速度控制的方法如下:第一步,速度控制中断开始后,触发电流采样分别获得电机U相电流反馈Iu_fb、V相电流反馈Iv_fb、W相电流反馈Iw_fb,同时读取所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb;

第二步,电机转子绝对角位置信号θ_fb经过微分器计算后输出速度反馈V_fb;

第三步,速度PID控制器根据速度指令V_ref和速度反馈V_fb通过计算输出电流指令I_ref输入到三相独立电流控制中;

第四步,通过运行电流控制内环,最终实现对所述驱动系统的外环速度控制。

5.根据权利要求2所述的一种开关磁阻驱动系统控制方法,其特征在于:对电流矢量控制的方法中,针对所述开关磁阻电机(300)的U相进行独立的解耦前馈电流闭环矢量控制,包括以下步骤:第一步,电流控制中断开始后,触发电流采样获得电机U相电流反馈Iu_fb,同时读取所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb;

第二步,电机转子绝对角位置信号θ_fb经过微分器计算后输出速度反馈V_fb;

第三步,U相电流控制器根据U相电流指令Iu_ref和U相电流反馈Iu_fb的差值ΔIu通过计算输出驱动电压ΔUu;

第四步,U相前馈控制器根据U相电流指令Iu_ref和微分器提供的速度反馈V_fb通过计算输出U相前馈电压FF_Uu;U相驱动电压ΔUu和U相前馈电压FF_Uu相加获得U相中间驱动电压Δ`Uu,第五步,经过电压限制处理后获得U相的最终驱动电压Δ``Uu;

第六步,设计相通电控制器根据最终驱动电压Δ``Uu,以及所述磁电编码器(400)检测输出的电机转子绝对角位置信号θ_fb计算判断并转化成PWM驱动信号输出,再经所述功率模块(103)生成U相电流控制所述开关磁阻电机(300)。