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专利号: 2022110397746
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:基于发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,以及发射端中直流电源经逆变器连接发射线圈,逆变器包括相并联的第一桥臂与第二桥臂,第一桥臂包括相串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2,第二桥臂包括相串联的第三开关管Q3、第四开关管Q4,实时执行如下步骤,针对开关磁阻电机实现控制;

步骤A.采集开关磁阻电机转子位置信息,计算获得转子位置角θ,再结合预设电机导通角θon与关断角θoff,执行角度位置控制,获得三相角度位置控制信号SA1、SB1、SC1,并针对各角度位置控制信号求和,获得信号SUM;

同时,采集开关磁阻电机三相绕组电流iLA、iLB、iLC,结合预设电流斩波比较值ichop,执行电流斩波控制,获得三相电流斩波控制信号SA2、SB2、SC2;然后进入步骤B;

步骤B.针对角度位置控制信号SA1、以及电流斩波控制信号SA2,执行逻辑与运算,获得A相导通信号SA;针对角度位置控制信号SB1、以及电流斩波控制信号SB2,执行逻辑与运算,获得B相导通信号SB;针对角度位置控制信号SC1、以及电流斩波控制信号SC2,执行逻辑与运算,获得C相导通信号SC;然后进入步骤C;

步骤C.若信号SUM等于1,则选择单相驱动模式,定义SSingle=1,并进入步骤D;若信号SUM大于1,则选择双相驱动模式,定义SDual=1,并进入步骤E;

步骤D.根据三相导通信号SA、SB、SC,确定目标相m,并根据目标相m的谐振频率fm、目标相m的实际电压uLm、目标相m的导通信号Sm、以及SSingle,获得第一开关管Q1的驱动信号SQ1、第二开关管Q2的驱动信号SQ2、第三开关管Q3的驱动信号SQ3、第四开关管Q4的驱动信号SQ4,针对发射端中逆变器的各开关管进行控制,进而由发射端中直流电源经发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,稳定控制开关磁阻电机目标相m绕组的两端电压,针对开关磁阻电机实现单相驱动控制;

步骤E.根据三相导通信号SA、SB、SC,确定目标相m、g,且m≠g,并根据目标相m的谐振频率fm、目标相g的谐振频率fg、目标相m的实际电压uLm、目标相g的实际电压uLg、目标相m的导通信号Sm、目标相g的导通信号Sg、以及SDual,获得第一开关管Q1的驱动信号SQ1、第二开关管Q2的驱动信号SQ2、第三开关管Q3的驱动信号SQ3、第四开关管Q4的驱动信号SQ4,针对发射端中逆变器的各开关管进行控制,进而由发射端中直流电源经发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,稳定控制开关磁阻电机中目标相m绕组的两端电压、以及目标相g绕组的两端电压,针对开关磁阻电机实现双相驱动控制。

2.根据权利要求1所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D6;

步骤D1.根据三相导通信号SA、SB、SC,确定目标相m,进而确定发射端中逆变器的第一桥臂中第一开关管Q1、第二开关管Q2的驱动信号频率fo=目标相m的谐振频率fm,然后进入步骤D2;

步骤D2.采集目标相m的实际电压uLm,并针对预设基准电压Uref与实际电压uLm的偏差,执行PI调节,获得逆变器的第一桥臂中第一开关管Q1的驱动信号占空比D,然后进入步骤D3;

步骤D3.针对逆变器的第一桥臂中驱动信号占空比D,结合第一开关管Q1、第二开关管Q2的驱动信号频率fo,执行PWM控制,获得PWM信号,然后进入步骤D4;

步骤D4.针对PWM信号、目标相m的导通信号Sm、以及SSingle,执行逻辑与运算,获得第一开关管Q1的驱动信号SQ1,并对驱动信号SQ1取反,获得第二开关管Q2的驱动信号SQ2,然后进入步骤D5;

步骤D5.针对SSingle、以及预设常值1,执行逻辑与运算,获得第四开关管Q4的驱动信号SQ4,并对驱动信号SQ4取反,获得第三开关管Q3的驱动信号SQ3,然后进入步骤D6;

步骤D6.应用第一开关管Q1的驱动信号SQ1、第二开关管Q2的驱动信号SQ2、第三开关管Q3的驱动信号SQ3、第四开关管Q4的驱动信号SQ4,针对发射端中逆变器的各开关管进行控制,进而由发射端中直流电源经发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,稳定控制开关磁阻电机目标相m绕组的两端电压,针对开关磁阻电机实现单相驱动控制。

3.根据权利要求1所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述步骤E包括如下步骤E1至步骤E5;

步骤E1.根据三相导通信号SA、SB、SC,确定目标相m、g,且m≠g,进而确定发射端中逆变器的第一桥臂中第一开关管Q1、第二开关管Q2的驱动信号频率fo1=目标相m的谐振频率fm,以及确定发射端中逆变器的第二桥臂中第三开关管Q3、第四开关管Q4的驱动信号频率fo2=目标相g的谐振频率fg,然后进入步骤E2;

步骤E2.采集目标相m的实际电压uLm,并针对预设基准电压Uref与实际电压uLm的偏差,执行PI调节,获得逆变器的第一桥臂中第一开关管Q1的驱动信号占空比Do1;

同时,采集目标相g的实际电压uLg,并针对预设基准电压Uref与实际电压uLg的偏差,执行PI调节,获得逆变器的第二桥臂中第三开关管Q3的驱动信号占空比Do2;然后进入步骤E3;

步骤E3.针对逆变器的第一桥臂中第一开关管Q1的驱动信号占空比Do1,结合第一开关管Q1、第二开关管Q2的驱动信号频率fo1,执行PWM控制,获得PWM1信号;

同时,针对逆变器的第二桥臂中第三开关管Q3的驱动信号占空比Do2,结合第三开关管Q3、第四开关管Q4的驱动信号频率fo2,执行PWM控制,获得PWM2信号;然后进入步骤E4;

步骤E4.针对PWM1信号、目标相m的导通信号Sm、以及SDual,执行逻辑与运算,获得第一开关管Q1的驱动信号SQ1,并对驱动信号SQ1取反,获得第二开关管Q2的驱动信号SQ2;同时,针对PWM2信号、目标相g的导通信号Sg、以及SDual,执行逻辑与运算,获得第三开关管Q3的驱动信号SQ3,并对驱动信号SQ3取反,获得第四开关管Q4的驱动信号SQ4;然后进入步骤E5;

步骤E5.应用第一开关管Q1的驱动信号SQ1、第二开关管Q2的驱动信号SQ2、第三开关管Q3的驱动信号SQ3、第四开关管Q4的驱动信号SQ4,针对发射端中逆变器的各开关管进行控制,进而由发射端中直流电源经发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,稳定控制开关磁阻电机中目标相m绕组的两端电压、以及目标相g绕组的两端电压,针对开关磁阻电机实现双相驱动控制。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述步骤D中针对开关磁阻电机实现单相驱动控制过程中、以及所述步骤E中针对开关磁阻电机实现双相驱动控制过程中,目标相绕组的激磁过程与退磁过程相同,其中,发射端中发射线圈电流在开关磁阻电机中目标相绕组所连接收端中的接收线圈上产生互感电压,该接收端串联谐振,滤波电容充/放电,并伴随目标相绕组励磁,目标相绕组导通;执行换相操作中,目标相绕组通过整流桥二极管退磁续流,直至目标相绕组电流为0,目标相绕组关断。

5.根据权利要求4所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接中,发射端中还包括补偿网络、以及电容Cr,逆变器中还包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4分别所对应的二极管,发射端的结构中:逆变器中各开关管的漏极与对应二极管的阴极相连接,各开关管的源极与对应二极管的阳极相连接;直流电源Vin的正极、电容Cr的其中一端、第一开关管Q1的漏极、第三开关管Q3的漏极四者相连接,直流电源Vin的负极、电容Cr的另一端、第二开关管Q2的源极、第四开关管Q4的源极四者相连;第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极相连,且该相连端连接补偿网络,第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的漏极相连,且该相连端连接补偿网络、发射线圈中内阻RT的其中一端;补偿网络与发射线圈中补偿电容CT的其中一端相对接;发射线圈中补偿电容CT的另一端与发射线圈电感LT的其中一端相对接,发射线圈中内阻RT的另一端与发射线圈电感LT的另一端相对接;发射线圈电感LT与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端中接收线圈电感Lk线圈互感无线连接,其中,k=A、B、C,k对应开关磁阻电机A相、B相、C相。

6.根据权利要求5所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述发射端与开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端之间的线圈互感无线连接中,开关磁阻电机各相绕组分别所连接收端的结构彼此相同,各接收端分别还包括整流器、滤波电容Cfk,各接收端的结构中:接收线圈电感Lk的其中一端与接收线圈补偿电容Ck的其中一端相连接,接收线圈电感Lk的另一端与接收线圈内阻Rk的其中一端相连接;接收线圈内阻Rk的另一端与整流器交流侧的其中一端相连,接收线圈补偿电容Ck的另一端与整流器交流侧的另一端相连;整流器直流侧的其中一端与滤波电容Cfk的其中一端相连,且该相连端连接对应相绕组的其中一端;整流器直流侧的另一端与滤波电容Cfk的另一端相连,且该相连端连接对应相绕组的另一端。

7.根据权利要求5或6所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述补偿网络为LCC型补偿网络,所述第一开关管Q1源极与第二开关管Q2漏极相连端连接LCC型补偿网络中串联电感Lp的其中一端;所述第三开关管Q3源极与第四开关管Q4漏极相连端连接LCC型补偿网络中并联补偿电容CP的其中一端、发射线圈中内阻RT的其中一端;LCC型补偿网络中串联电感Lp的另一端、LCC型补偿网络中并联补偿电容CP的另一端、发射线圈中补偿电容CT的其中一端三者相对接。

8.根据权利要求6所述一种无线开关磁阻电机驱动控制方法,其特征在于:所述开关磁阻电机各相绕组的结构相同,各相绕组分别包括对应相反电势ELk、对应相绕组电阻RLk、对应相等效电感LLk,各相绕组结构中:所述对应所连接收端中整流器直流侧其中一端与滤波电容Cfk其中一端相连端连接对应相绕组电阻RLk的其中一端,对应相绕组电阻RLk的另一端连接对应相反电势ELk的其中一端;所述对应所连接收端中整流器直流侧另一端与滤波电容Cfk另一端相连端连接对应相等效电感LLk的其中一端,对应相等效电感LLk的另一端连接对应相反电势ELk的另一端。