一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，该方法在无中点电容裂相式电路的母线上放置一个电流传感器，输出端给入峰值控制模块；单片机产生PWM信号来触发峰值控制模块，在触发信号进来时，峰值控制模块输出开通信号，当母线电流峰值大于给定值时，模块保持输出关断信号，直到下个周期的PWM信号触发，然后重复整个过程。峰值控制模块的控制信号输入给单片机，单片机通过捕获四路位置信号的跳沿获得换相信息，峰值控制信号只作用于单相驱动信号的前四分之一个周期。本发明专利技术控制方法减少了母线电压的脉动，降低了母线电容纹波电流，实现了对母线电容容值的降低，同时，减少了控制器的设计难度，降低了产品设计成本及计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，具体涉及一种开关磁阻电机单电流传感器下降低母线电容容值的控制方法，属于电机控制

技术介绍
传统的开关磁阻电机驱动系统中，换相时电流源与电机间的能量交换是引起母线电压及电流脉动的主要原因，因而母线上需要一个大容量的电解电容来存储释放能量，从而减少电压、电流的脉动。但是电解电容的尺寸、体积、费用以及可靠性是主要矛盾点并限制了他们在高功率密度、高可靠性的这类潜在应用场合。传统的降低电容容值的方法是通过改变变换器结构或者调节功率因数来实现，但是这会增大系统的复杂度、尺寸以及花费，更会影响系统的效率。文献(Wisaruda Suppharangsan, Jiabin Wang. Switching technique for minimization of DC-link capacitance in switched reluctance machine drives. IET Electrical Systems in Transportation,2015,Vol.5(4):185-193) 中采样母线电流积分控制来减小母线电容值，在传感器输出端连接了积分器，通过对母线电流积分值的控制来实现对母线电容的减小，但是需要一个高频积分器，同时每相电流均需采样，不但增加处理器的复杂度，同时成本也需上升，且该方法存在最高转速的限制，不能在全速范围内实行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，通过对母线峰值电流的控制，减少了母线电压的脉动，降低了母线电容纹波电流，实现对母线电容容值的降低，解决了现有技术无法实现单电流传感器控制的技术问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，所述开关磁阻电机包括A、B、C、D四相绕组，该方法设置单片机用于驱动A、B、C、D四相绕组对应的功率管，设置峰值控制模块与单片机交互通信，设置电流传感器用于实时采集母线电流并传送至峰值控制模块；单片机以10kHz频率的PWM信号触发峰值控制模块，当峰值控制模块被触发时，向单片机输出功率管开通信号，由单片机控制功率管开通，同时，峰值控制模块被触发时，对实时采集的母线电流进行判断，峰值控制模块中存储有预设给定值，当母线电流小于等于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管开通信号，当母线电流大于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管关断信号；当下一周期的PWM信号触发时，重复上述过程；当峰值控制模块输出开通信号时，将两相绕组中对应上桥臂的功率管和对应下桥臂的功率管开通；当峰值控制模块输出关断信号时，将后一相绕组对应的功率管关断，等待下一周期的PWM信号触发峰值控制模块；峰值控制模块向单片机输出信号后，单片机通过捕获A、B、C、D各相位置信号的跳沿获得换相信息，且峰值控制模块输出的信号交替地与各相位置信号的前四分之一个周期相与，从而得到各相功率管的驱动信号。作为本专利技术的一个优选方案，所述开关磁阻电机为偶数相电机。作为本专利技术的一个优选方案，所述当峰值控制模块输出开通信号时，将两相绕组中对应上桥臂的功率管和对应下桥臂的功率管开通时，两相绕组的相电流与母线电流相等。作为本专利技术的一个优选方案，所述当峰值控制模块输出关断信号时，将后一相绕组对应的功率管关断时，母线电流等于0。作为本专利技术的一个优选方案，所述母线电压的脉动量小于等于5%。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，在换相时，母线峰值电流的控制方法减少了母线电压的脉动，降低了母线电容纹波电流，实现了对母线电容容值的降低。2、本专利技术降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，通过在母线上安装单个电流传感器，实现对4相开关磁阻电机的控制，同时滤除低频换相谐波，降低了母线电容的纹波电流，进一步压缩成本，减少了控制器的设计难度，降低了产品设计成本及计算复杂度。附图说明图1是本专利技术降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法的整体架构图。其中，PWM为10kHz的触发信号，Idclink为直流母线电流，A、B、C、D为电机各相绕组，Da、Db、Dc、Dd均为二极管，Sa、Sb、Sc、Sd均为功率管。图2是本专利技术中非换相区内，变换器的工作模态，其中，(a)是A、D相开通时电流的流向，(b)是A相关断时电流的流向。图3是本专利技术中换相区内，变换器的工作模态，其中，(a)是D相关断，A、B相开通时电流的流向，(b)是B相关断时电流的流向。图4是A、B、C、D各相的驱动信号和峰值控制模块的控制信号图。图5是峰值电流控制下，母线电流最大值Idcmax、母线电流Idclink、各相电流Iphs的波形图。图6(a)是传统滞环控制下流过母线电容的纹波电流图。图6(b)是峰值电流控制下流过母线电容的纹波电流图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术针对母线电流积分法所存在的转速限制、成本高、计算复杂等问题提出的低成本、宽转速下，用于降低母线电容容值的控制方法。本专利技术通过对母线峰值电流的控制，实现了降低母线电压的脉动量的技术要求，将其脉动量控制在5%以内；同时省略除各相电流的电流传感器，只在母线上安装单个电流传感器，能够实现对4相开关磁阻电机的控制，降低了设计成本及计算的复杂程度；采用固定频率的高频控制信号，滤除母线电流存在的低频换相谐波，减少了流过电容的纹波电流。本专利技术的控制方法为：在无中点电容裂相式电路的母线下端放置一个电流传感器，输出端经过调理电路再给入峰值控制模块。在无中点电容裂相式电路的母线上放置一个电流传感器，当一个上桥臂的功率管和一个下桥臂的功率管开通时，流过电机绕组的相电流与母线电流相等，因此能够实现对相电流的控制；开关磁阻电机系统为偶数相电机。峰值控制模块的工作原理：单片机产生10kHz的PWM信号来触发峰值控制模块，在触发信号进来时，峰值控制模块输出开通信号，当母线电流峰值大于给定值时，模块保持输出关断信号，直到下个周期的PWM信号触发，然后重复整个过程。驱动信号的生成：峰值控制模块的控制信号输入给单片机，单片机通过捕获四路位置信号的跳沿获得换相信息。峰值控制信号只作用于驱动信号的前四分之一个周期。开关模态：当峰值控制信号为开通时，将一个上桥臂的功率管和一个下桥臂的功率管开通，当峰值控制信号为关断时，将后一相绕组对应的功率管关断，此时母线电流等于0，峰值控制模块保持关断，等待下个周期PWM信号触发。如图1所示，本专利技术利用单电流传感器实现了减少母线电容容值的原理与方法，为了解释上的方便，将一个开关周期划分成两个区间：换相区与非换相区。假设四相电机的导通顺序为：AB-BC-CD-DA。在非换相区内，关断相C与开通相A的电流换相已经完成，此时A、D相开通且励磁电流恒定的。单片机产生10kHz的PWM信号来触发峰值控制模块，在触发信号进来时，峰值控制模块输出开通信号，A相和D相将被开通，如图2的(a)所示，图2和图3中的虚线表示电流的流向，电流通过功率管向两相励磁。直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，所述开关磁阻电机包括A、B、C、D四相绕组，其特征在于，该方法设置单片机用于驱动A、B、C、D四相绕组对应的功率管，设置峰值控制模块与单片机交互通信，设置电流传感器用于实时采集母线电流并传送至峰值控制模块；单片机以10kHz频率的PWM信号触发峰值控制模块，当峰值控制模块被触发时，向单片机输出功率管开通信号，由单片机控制功率管开通，同时，峰值控制模块被触发时，对实时采集的母线电流进行判断，峰值控制模块中存储有预设给定值，当母线电流小于等于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管开通信号，当母线电流大于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管关断信号；当下一周期的PWM信号触发时，重复上述过程；当峰值控制模块输出开通信号时，将两相绕组中对应上桥臂的功率管和对应下桥臂的功率管开通；当峰值控制模块输出关断信号时，将后一相绕组对应的功率管关断，等待下一周期的PWM信号触发峰值控制模块；峰值控制模块向单片机输出信号后，单片机通过捕获A、B、C、D各相位置信号的跳沿获得换相信息，且峰值控制模块输出的信号交替地与各相位置信号的前四分之一个周期相与，从而得到各相功率管的驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种降低母线电容容值的开关磁阻电机控制方法，所述开关磁阻电机包括A、B、C、D四相绕组，其特征在于，该方法设置单片机用于驱动A、B、C、D四相绕组对应的功率管，设置峰值控制模块与单片机交互通信，设置电流传感器用于实时采集母线电流并传送至峰值控制模块；单片机以10kHz频率的PWM信号触发峰值控制模块，当峰值控制模块被触发时，向单片机输出功率管开通信号，由单片机控制功率管开通，同时，峰值控制模块被触发时，对实时采集的母线电流进行判断，峰值控制模块中存储有预设给定值，当母线电流小于等于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管开通信号，当母线电流大于给定值时，峰值控制模块向单片机输出功率管关断信号；当下一周期的PWM信号触发时，重复上述过程；当峰值控制模块输出开通信号时，将两相绕组中对应上桥臂的功率管和对应下桥臂的功率管开通；当峰值控制模块输出关断信号时，将后一相绕组对应的功率管关断，等...

【专利技术属性】
技术研发人员：周聪，刘闯，赵燕喃，张旸明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32