CN106411219A - 一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置 - Google Patents

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罗强
戴跃洪
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，涉及一种电机。具有两位置传感器的开关磁阻电机***，每次换相都是依靠位置传感器，因位置传感器存在误差，换相点不准确，存在电机效率低、安全可靠性低的缺点。本发明包括DSP芯片、与DSP芯片连接的FPGA芯片、与FPGA芯片连接的控制电路,其特征在于：它还包括一固设于电机中的位置传感器,与FPGA芯片连接的位置处理单元，所述的FPGA芯片可拆卸地连接一用于检测位置传感器与电机之间相位误差的检测装置。以方波的上升沿或下降沿作为起始点，每次相位补偿都是依靠软件定时器来完成的，提高补偿精度，减少了位置传感器的误差，提高了开关磁阻电机的效率，提高车辆的续航里程，节约能源等优点。

Description

一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置
技术领域
本发明涉及一种电机控制装置，尤指一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置。
背景技术
现在新能源汽车主要使用三相异步电机和永磁无刷直流电机作为动力源，这两种电机各有特点，三相异步电机具有调速控制简单，成本低等优点，但其电机效率低，能耗大等缺点。永磁无刷直流电机具有体积小、控制性能好、效率高等优点，但由于永磁的存在，对应用的环境温度、机械应力等要求苛刻，价格也昂贵；
开关磁阻电机，具有结构简单，转子铁心无电机绕组，无永磁体、容错能力强、可靠性高、启动扭矩大等优点，使用范围日益扩大。开关磁阻电机根据有无位置传感器分为无位置传感器的开关磁阻电机及具位置传感器的开关磁阻电机，其中无位置传感器的开关磁阻电机，其调速范围小，适合于均速转动的场合，而具位置传感器的开关磁阻电机，其调速范围大，适用于电动车。具位置传感器的开关磁阻电机，一般采用两个位置传感器用于换相，其存在零位误差、占空比误差和相位误差；其中零位误差主要表现是反映各相绕组最大电感与最小电感位置的方波信号的跳变沿与理想位置信号存在误差，它是由于转盘和光槽在安装时定位不准造成的；占空比误差的表现形式是方波信号的占空比不再是0.5，它主要来源于两个方面：一是转盘加工时齿、槽分度不准，二是光电晶体管负载电路设计不够合理而导致光电晶体管的开通与关断时间不一致，前者引起的误差属于绝对角度误差，表现在位置信号中是占空比误差不随转速的变化而变化，后者引起的误差属于绝对时间误差，表现在位置信号中是占空比误差随着转速的变化而变化，并且转速越高，误差越大；相位误差的表现形式是两路反映转子位置信号的方波信号间相位差与理想位置信号之间存在误差，这种误差主要来自两个光槽之间的夹角不准。具两位置传感器的开关磁阻电机***中，其因位置信号存在误差，造成换相点不准确，电机效率低、可靠性低的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置及方法，以达到提高了产品可靠性、减少传感器的误差，提高开关磁阻电机的效率，提高车辆续航里程，节约能源的目的。为此，本发明采取以下技术方案：
新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，包括DSP芯片、与DSP芯片连接的FPGA芯片、与FPGA芯片连接的控制电路，其特征在于：它还包括一固设于电机中的位置传感器、与FPGA芯片连接的位置处理单元，所述的FPGA芯片可拆卸地连接一用于检测位置传感器与电机之间相位误差的检测装置。在检测时，检测装置与位置传感器连接，完成后检测装置可取下。FPGA芯片用于存储相位误差值，根据位置传感器的信号及相位误差值计算开关磁阻电机转子原始相位，相位误差补偿时间可通过FPGA芯片内部的定时器定时，相位补偿点准确，减少了位置传感器的误差，提高了开关磁阻电机的效率，节约能源等优点。
作为对上述装置的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述的位置传感器通过一位置信号处理单元与FPGA芯片相连。将位置传感器采集的脉冲信号转化为FPGA芯片可识别的方波信号。
所述的位置传感器包括光电脉冲发生器及固接于电机转子的转盘。
所述的光电脉冲发生器安装在电机定子上。
所述的转盘呈圆盘状，其圆周方向均布复数个与电机转子凸极数量相等的齿槽。转盘随着电机转子转动，当光电脉冲发生器与转盘的齿槽相对时，即可产生一个脉冲。
新能源汽车用开关磁阻电机控制装置包括以下步骤：
1)通过检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，并将该误差送于FPGA芯片中。
2)在电机转动过程中，位置传感器的输出信息通过一位置信号处理单元转换成方波信号，并与FPGA芯片连接。
3) FPGA芯片中的计算模块根据电机旋转一周产生的方波个数及实时的方波信号，计算当前电机的转数，同时利用电机转数计算脉冲上升沿和下降沿间隔时间及与相位误差对应的补偿时间。
4) FPGA芯片根据方波信号脉冲上升沿和下降沿间隔时间及电机相数并利用定时器进行相位补偿，还原跟开关磁阻电机旋转位置同步的编码信号传递给DSP的编码采样口，直至到达方波信号一周结束，重新根据步骤3)确定脉冲上升沿和下降沿间隔时间及与相位误差对应的补偿时间。
5)DSP芯片根据FPGA芯片传递来的实时编码信号控制开关磁阻电机不断旋转。
作为对上述装置的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述FPGA芯片保存的位置传感器与开关磁阻电机相位误差以下升沿和下降沿为参考点。
FPGA芯片在方波信号的上升沿和下降沿开始计时，启动定时器，定时器时间为相位误差补偿时间；当该定时到达时，进行换相，并将换相后的上升沿和下降沿信号传递给定DSP芯片的编码采样口供其编码采样。
有益效果：以方波的上升沿和下降沿作为起始点，每次换相都是依靠软件定时器来完成的，提高换相精度，减少了位置传感器的误差，提高了开关磁阻电机的效率，节约能源等优点；
【附图说明】
图1是本发明结构图。
图2是本发明流程图。
图3是相位超前时位置处理单元输出编码信号和正常编码信号的编码对比图。
图4是相位滞后时位置处理单元输出编码信号和正常编码信号的编码对比图。
【具体实施方式】
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括控制电路、一个置于开关磁阻电机内部位置传感器、与位置传感器连接的位置处理单元、与位置处理单元连接的FPGA芯片及与FPGA芯片连接的DSP芯片，其中控制电路包括功率管及蓄电池。功率管与开关磁阻电机、FPGA芯片和蓄电池相连接，FPGA芯片和DSP芯片相连接构成控制装置。
如图2所示，以控制一转子是24极、定子是16极、3相电机为例进一步说明新能源汽车用开关磁阻电机的控制装置：
1) 通过检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，并将该误差送于FPGA芯片中。
2) 一个位置传感器经过位置信号处理单元将位置信号处理成标准的方波信号。
3) 位置信号处理单元将处理后的方波信号传送到FPGA芯片的编码采样口。
4) FPGA芯片计算当前速度：开关磁阻电机在旋转一周过程中，具有24个高低电平，FPGA芯片以方波信号上升沿和下降沿间隔的晶振时钟个数，可以得到间隔时间并计算出当前速度。
5) 根据当前速度，计算方波信号上升沿和下降间隔时间T和相位误差需要补偿时间△T。
6) FPGA芯片根据检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，判断相位是超前还是滞后，以此选择不同的补偿方式进行相位补偿。
7) 当相位超前时，使用t=t0+△T进行相位补偿,其补偿为同向脉冲沿。如在t0时刻FPGA芯片输入端检测到一上升沿，然后通过FPGA芯片计算脉冲上升沿和下降沿间隔时间T和相位误差需要补偿时间△T，并将定时器清零，当定时器计数到时间△T，将这个上升沿输出到FPGA芯片输出端。
当相位滞后时，使用t=t0+T-△T进行相位补偿, 其补偿为反向脉冲沿。如在t0时刻FPGA芯片输入端检测到一上升沿，然后通过FPGA芯片计算脉冲上升沿和下降沿间隔时间T和相位误差需要补偿时间△T，并将定时器清零，当定时器计数到时间T-△T，将下降沿输出到FPGA芯片输出端，反之检测到下降沿则输出上升沿；
其中，t0为当前检测到的脉冲边沿时间；
t为补偿输出脉冲沿的输出时间；
T为当前检测到的脉冲上升沿和下降沿间隔时间；
△T为相位误差需要补偿时间。
8) 将补偿后的编码信传递给DSP的编码采样口。
9) DSP芯片根据FPGA芯片传递来的实时编码信号控制开关磁阻电机不断旋转。
当24极电机转动一周产生24个高低电平，即24个方波周期。前一个方波周期的速度作为下一个方波周期的计算速度用于计算方波信号上升沿和下降间隔时间及补偿时间。

Claims (9)

1.一种新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，包括DSP芯片、与DSP芯片连接的FPGA芯片、与FPGA芯片连接的控制电路，其特征在于：它还包括一固设于电机中的位置传感器、所述的FPGA芯片可拆卸地连接一用于检测位置传感器与电机之间相位误差的检测装置。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述的位置传感器通过一位置信号处理单元与FPGA芯片相连。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述的位置传感器包括光电脉冲发生器及固接于电机转子的转盘。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述的光电脉冲发生器安装在电机定子上。
5.根据权利要求3所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述的转盘呈圆盘状，其圆周方向均布复数个与电机转子凸极数量相等的齿槽。
6.根据权利要求1所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于它包括以下步骤：
1)通过检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，并将该误差送于FPGA芯片中；
2)在电机转动过程中，位置传感器的输出信息通过一位置信号处理单元转换成方波信号后与FPGA芯片连接；
3) FPGA芯片中的计算模块根据电机旋转一周产生的方波个数及实时的方波信号，计算当前电机的转数，同时利用电机转数计算与相位误差对应的补偿时间；
4) FPGA芯片根据方波信号及补偿时间确定跟电机旋转位置同步的编码信号，并将此编码信号传递给DSP的编码采样口，直至到达方波信号一周结束，重新根据步骤3)确定补偿时间；
5)DSP芯片根据FPGA芯片传递来的实时编码信号控制开关磁阻电机不断旋转。
7.根据权利要求6所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述FPGA芯片保存的位置传感器与开关磁阻电机相位误差以下升沿和下降沿为参考点。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：FPGA芯片在方波信号的上升沿和下降沿开始计时，启动定时器，定时器时间为相位误差补偿时间；当该定时到达时，还原电机原始编码脉冲，并将换相后的上升沿和下降沿信号传递给定DSP芯片的编码采样口供其编码采样。
9.根据权利要求6所述的新能源汽车用开关磁阻电机控制装置，其特征在于：DSP芯片根据FPGA芯片传递来的编码信号作为电机的实时编码信号，以此来确定开关磁阻电机转速和转子的旋转位置，进而控制开关磁阻电机不断旋转。
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