一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，包括人机界面、控制装置、功率变换器、检测装置和开关磁阻电机，人机界面通过操作人员输入指令，发送给控制装置，将需要显示的变量通过RS‑485串口通信实时显示；控制装置根据指令，发送控制信号给功率变换器，功率变换器通过4个PHASE给开关磁阻电机供电；检测装置包括霍尔电流传感器和霍尔位置传感器，霍尔电流传感器安装在功率变换器上，霍尔位置传感器安装在开关磁阻电机上，并将测量信号反馈给控制装置；本系统结构简单，性能稳定，通过检测装置信号反馈调节开关磁阻电机精度，实现双闭环调速提高调速精度；有人机交互界面，能很好地显示电机运行时的信息并接受控制指令。

An efficient driving control system for four phase switched reluctance motor

The utility model discloses an efficient four phase switched reluctance motor drive control system, which includes man-machine interface, control device, power converter, detection device and switched reluctance motor. The man-machine interface is sent to the control device through the operator input instruction, and the explicit variables are communicated through the RS 485 serial port in real time. The control device sends the control signal to the power converter according to the instruction, the power converter supplies power to the switched reluctance motor through 4 PHASE; the detection device includes the Holzer current sensor and the Holzer position sensor, the Holzer current sensor is installed on the power converter, and the Holzer position sensor is installed on the switched reluctance. On the machine, the measuring signal is fed back to the control device. The system is simple in structure and stable in performance. The precision of the switched reluctance motor is adjusted by the signal feedback of the detection device. The precision of the double closed loop speed regulation is realized to improve the speed of the speed regulation.

【技术实现步骤摘要】
一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统
本技术涉及电机技术研究领域，特别涉及一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统。
技术介绍
开关磁阻电机调速系统具有效率高，节能效果好，调速范围广，无启动冲击电流，启动转矩大，控制灵活等特性，此外还具有结构简单，鲁棒性好，成本低等优点。现有的开关磁阻电机系统由开关磁阻电机、功率变换器、控制器及位置检测器组成；开关磁阻中的功率变换器起到开关的作用，使绕组与电源接通或断开，为绕组的储能提供回馈路径；功率变换器的好坏很大程度上影响着电机的性能；开关磁阻电机的控制要确保精确换相，则必须保证转子位置检测的准确性；同时，控制算法的好坏也对电机的运行性能有很大的影响。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统。本技术的目的通过以下的技术方案实现：一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，包括人机界面、控制装置、功率变换器、电流检测电路、位置检测电路和开关磁阻电机；所述人机界面与控制装置连接；所述控制装置的输出端与功率变换器电性连接，两个输入端分别与电流检测电路输出端、位置检测电路的输出端连接，控制装置通过控制算法对功率变换器进行控制；所述功率变换器包含主电路和驱动电路，其中驱动电路的输出端与开关磁阻电机的输入端电性连接，再依次连接位置检测电路和控制装置；主电路的输出端与电流检测电路的输入端电性连接，再连接至控制装置。所述控制算法包含速度环模糊PI控制算法、电流环PI控制算法。所述控制装置采用STM32F103芯片。所述主电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、A相绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组以及电源；其中第一开关管与第一二极管串联组成一个桥臂，依次类推，桥臂之间并联；A相绕组与B相绕组串联，A相绕组另一端和第一开关管与第一二极管的连接点连接，B相绕组另一端和第二开关管与第二二极管的连接点连接；C相绕组与D相绕组串联，C相绕组另一端和第三开关管与第三二极管的连接点连接，D相绕组另一端和第四开关管与第四二极管的连接点连接，A相绕组与B相绕组的连接点和C相绕组与D相绕组的连接点接连；第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的栅极分别与驱动电路相连接，驱动电路用来驱动开关管。所述驱动电路包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、第四光电耦合器、第五光电耦合器、第一驱动芯片、第二驱动芯片、第一电容至第十电容、第一至第十三电阻、第七二极管和第八二极管；第一至第五光电耦合器的ANODE引脚分别与Ctrl_PWM_A端、Ctrl_PWM_B端、Ctrl_PWM_C端、Ctrl_PWM_D端、Ctrl_SHUTDOWN端连接，第一至第五光电耦合器的CATHODF引脚分别与第一至第五电阻一端连接，第一至第五电阻的另一端接地；第一至第四光电耦合器的VCC引脚分别与第一至第四电容连接，之后接地，第五光电耦合器的VCC引脚与第九电容连接，之后接地，第一至第五光电耦合器的VCC引脚均与第一驱动芯片、第二驱动芯片的VDD引脚、VSS引脚连接；第一光电耦合器的Vout引脚与第一驱动芯片的HIN引脚连接，第二光电耦合器的Vout引脚与第一驱动芯片的LIN引脚连接，第三光电耦合器的Vout引脚与第二驱动芯片的HIN引脚连接，第四光电耦合器的Vout引脚与第二驱动芯片的LIN引脚连接，第五光电耦合器的Vout引脚分别与第一驱动芯片、第二驱动芯片的SD引脚连接；第一驱动芯片的HO引脚与第六电阻连接，接通至第一开关管，第一驱动芯片的VS引脚与net1端连接，第七电阻与第一驱动芯片的VS引脚和HO引脚连接，第一驱动芯片的VB引脚与VS引脚之间接入第五电容，所述第五电容为自举电容；第一驱动芯片的VB引脚与VCC引脚之间接入第七二极管；第一驱动芯片的COM引脚与VCC引脚之间接入第六电容，第一驱动芯片的COM引脚接至net2端；第一驱动芯片的LO引脚接入第八电阻，接至第二开关管，第八电阻与第一驱动芯片的LO引脚和COM引脚连接；第二驱动芯片的引脚连接关系依次类推。所述第一驱动芯片、第二驱动芯片采用型号为IR2110的驱动芯片，所述第一至第五光电耦合器的型号为TLP715。所述电流检测电路采用霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器的型号为ACS758LCB-050B，电流检测电路与功率变换器连接；所述位置检测电路采用霍尔位置传感器，其中霍尔位置传感器包括第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器；第一霍尔位置传感器设置在A相绕组，第二霍尔位置传感器在第一霍尔位置传感器的右边相隔15度圆心角的位置，第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器的型号为SS443A。所述人机界面通过RS-485与控制装置连接。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本技术能够根据用户需求，更改控制算法使开关磁阻电机精度更高，速度环模糊PI控制算法，电流环PI控制算法同时适用在不同的工作条件。需要说明的是，本技术的技术方案虽然涉及到控制装置，但控制装置所使用的控制算法都是现有的控制算法，例如速度环模糊PID、电流环PI控制算法，对于本领域一般技术人员而言，这些算法是常规的、成熟的，并非本技术的创造点。本技术的创造点在于整个开关磁阻电机控制系统的硬件电路的设计与搭建上，因此本技术的技术方案虽然涉及到一些算法，但仍然属于技术的保护客体。2、本技术通过驱动电路驱动开关管的通断，实现对开关磁阻电机绕组转动的方向调控。3、本技术通过霍尔位置传感器和霍尔电流传感器来检测相应的信号，再传输给控制装置，再对开关磁阻电机进行调控，实现更精确的开关磁阻电机精度。4、本技术增加了人机界面，实现人机交互功能，还能实现远程控制，实现自动化控制，节省人力。附图说明图1是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统的结构示意图。图2是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统功率变换器主电路图。图3是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统的驱动电路图。图4(a)是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统的电流检测电路图。图4(b)是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统的位置检测电路图。图5是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统的主控制器芯片STM32F103的I/O接口图。图6是本技术所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统人机界面与控制装置之间的RS485通讯连接电路图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。如图1，一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，包括人机界面、控制装置、功率变换器、检测装置和开关磁阻电机(即SR电机)。如图2，主电路图中PHASE_A端、PHASE_B端、PHASE_C端、PHASE_D端分别与开关磁阻电机(SR电机)定子绕组线圈的A、B、C、D相连接，为开关磁阻电机供电。电路中I_hall_In端与I_hall_Out端分别与电路检测电路中芯片ACS758LCB的IP+、IP-连接，用与测量主电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，包括人机界面、控制装置、功率变换器、电流检测电路、位置检测电路和开关磁阻电机；所述人机界面与控制装置连接；所述控制装置的输出端与功率变换器电性连接，两个输入端分别与电流检测电路输出端、位置检测电路的输出端连接，控制装置通过控制算法对功率变换器进行控制；所述功率变换器包含主电路和驱动电路，其中驱动电路的输出端与开关磁阻电机的输入端电性连接，再依次连接位置检测电路和控制装置；主电路的输出端与电流检测电路的输入端电性连接，再连接至控制装置。

【技术特征摘要】
1.一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，包括人机界面、控制装置、功率变换器、电流检测电路、位置检测电路和开关磁阻电机；所述人机界面与控制装置连接；所述控制装置的输出端与功率变换器电性连接，两个输入端分别与电流检测电路输出端、位置检测电路的输出端连接，控制装置通过控制算法对功率变换器进行控制；所述功率变换器包含主电路和驱动电路，其中驱动电路的输出端与开关磁阻电机的输入端电性连接，再依次连接位置检测电路和控制装置；主电路的输出端与电流检测电路的输入端电性连接，再连接至控制装置。2.根据权利要求1所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，所述控制算法包括速度环模糊PI控制算法、电流环PI控制算法。3.根据权利要求1所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，所述控制装置采用STM32F103芯片。4.根据权利要求1所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，所述主电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、A相绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组以及电源；其中第一开关管与第一二极管串联组成一个桥臂，依次类推，桥臂之间并联；A相绕组与B相绕组串联，A相绕组另一端和第一开关管与第一二极管的连接点连接，B相绕组另一端和第二开关管与第二二极管的连接点连接；C相绕组与D相绕组串联，C相绕组另一端和第三开关管与第三二极管的连接点连接，D相绕组另一端和第四开关管与第四二极管的连接点连接，A相绕组与B相绕组的连接点和C相绕组与D相绕组的连接点接连；第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的栅极分别与驱动电路相连接，驱动电路用来驱动开关管。5.根据权利要求1所述的一种高效的四相开关磁阻电机驱动控制系统，其特征在于，所述驱动电路包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、第四光电耦合器、第五光电耦合器、第一驱动芯片、第二驱动芯片、第一电容至第十电容、第一至第十三电阻、第七二极管和第八二极管；第一至第五光电耦合器的ANODE引脚分别与Ctrl_PWM_A端、Ctrl_PWM_B端、Ctrl_PWM_C端、Ctrl_PWM_D端、Ctrl_SHUTDOWN端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：哀薇，胡林威，张先勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44