高转子磁极开关磁阻电动机的制造敏感控制制造技术

一种用于利用开关磁阻电机(SRM)控制系统控制SRM的方法。该方法允许在宽范围的速度和载荷上进行自适应脉冲定位。利用初始化机制为SRM提供初始转子位置。在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点。当电流波形达到钉扎点时，确定电流上升的斜率。然后该斜率被馈送到SRM控制系统的换相模块。来自计算的电感或电流斜率的误差信号被用作到SRM控制系统中的控制回路的输入。时间确定模块确定最佳时间信号以发射下一脉冲。最佳时间信号被馈送到SRM，以用于将多个SRM开关转至接通和关断状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高转子磁极开关磁阻电动机的制造敏感控制
本公开总体上涉及用于控制开关磁阻电机(SRM)的方法，并且更具体地，涉及用于控制SRM的方法和系统，以使得能够在宽范围的速度和载荷上进行自适应脉冲定位。
技术介绍
开关磁阻电机(SRM)是一类通过磁阻转矩操作的简单电动机。SRM包括凸极转子和定子磁极。在定子上存在集中绕组，但在转子上不存在绕组或永磁铁。这些特征使得SRM相对于常规的非SRM电动机能够实现非常高的速度。由于在转子中不存在绕组，因此功率仅被传递到在定子中的绕组，而不是在转子中的绕组，并且由于这种简单的机械结构，SRM相对于常规电动机提供了更低的维护成本。当电流通过定子绕组时，转矩是由转子磁极与受激励的定子磁极对准的趋势而生成的。通过将每个相位的激励与转子位置同步可以生成持续的转矩。准确的转子位置信息对于控制电动机的转矩是关键的。已经提出了几种使用有源或无源相位电感进行位置估计的技术。在大多数方法中，利用受控制的信号，并且受控制的信号可以被施加到相位绕组以估计电感，并因此在不使用位置编码器的情况下确定转子位置。某些其他方法描述了电动机的自动校准。一种这样的方法描述了一种无传感器转子位置测量系统，该系统具有数字处理器，其接收来自与电机的相位绕组相关联的电流和磁通的电流和磁通传感器的信号。电流和磁通的测量能够在预测的参考转子位置进行。每次通电循环仅对电流和磁通进行一次采样。该方法基于位置估计方法，其无法提供绝对的转子位置信息。另一种方法描述了用于通过对在开关磁阻电动机内的转子位置的间接感测来控制开关磁阻电动机的电路。该方法测量用于电流在两个预定等级之间上升的时间。测量的电流上升时间可以与期望的电流上升时间进行比较，以确定在电动机相位中的传导间隔是否与转子的位置同相或者是否滞后或领先于转子的位置。然而，该方法使用复杂的算法来计算电流上升时间。用于控制开关磁阻电机的另一种方法包括一种开关磁阻电机，其具有：生成并发射指示操作特性的传感器信号的传感器，与开关磁阻电动机和传感器可操作地耦合的控制器，以及控制器执行方法。此处，SRM的无传感器控制是通过在相位中注入电压脉冲并测量合成电流来实现的。然而，这种方法注入额外的电压脉冲用于控制开关磁阻电机。因此需要一种用于控制开关磁阻电机的方法来实现自适应脉冲定位。这样的方法将减少在电机中的制造缺陷和老化效应。此外，这样的方法将针对每个单独的电机调整控制参数，而不是针对整批制造的电机调整控制参数。此外，这样的方法将提供准确的转子位置信息。这样的方法将利用简单的算法来计算电流上升时间。此外，这样的方法将不会针对控制开关磁阻电机注入额外的电压脉冲。这些和其他目标由本实施例实现。
技术实现思路
为了最小化被发现在现有技术中的限制，并且最小化基于阅读本说明书将变得明显的其他限制，本专利技术的优选实施例提供了一种控制开关磁阻电动机(SRM)的SRM控制系统，并使得能够在宽范围的速度和载荷上进行自适应脉冲定位。SRM控制系统包括初始化模块，以利用初始化机制为SRM提供初始转子位置。在SRM控制系统中的点定义模块在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点。定义的钉扎点相对于SRM的基本电感值是静态的。优选地，存在两个选项以确定新的钉扎点，以便处置在操作条件和载荷扭矩分布中的变化。第一选项取决于用于新操作条件或可以被计算的该电流的电感值的知识。并且第二选项是如果在控制方法中的简化允许，则只需要在基于此电感的固定时段上的电流分布(期望的电流上升)的斜率。在波形达到钉扎的电流水平时，电流(上升)的斜率被测量。在SRM控制系统中的斜率确定模块在电流波形达到钉扎点时确定电流上升的斜率。在系统中的换相模块被设计为接收频率输入信号和来自斜率确定模块的电流上升的斜率。SRM控制系统还包括误差计算模块以计算错误信号。SRM控制系统被设计为利用基本电感或测量的电流上升以计算误差信号。在一种配置中，利用电流上升的斜率42以计算被用于计算来自期望电感的误差信号的基本电感。在另一种配置中，SRM控制系统被设计为利用在固定时间段上测量的电流上升来计算来自期望电流上升的误差信号。来自计算的电感或电流斜率的误差信号被用作在SRM控制系统中的控制回路的输入。时间确定模块确定发射下一脉冲的最佳时间。优选的方法描述了SRM控制系统的整体控制架构。根据这种控制架构，参考速度或扭矩作为输入被提供给系统。当电流波形达到钉扎点并被馈送到换相模块时，计算电流上升的斜率。利用电流上升的斜率计算基本电感值。频率输入信号是被提供给换相模块的另一个输入，频率输入信号给出轴速度的数字估计。利用电流上升斜率和频率输入信号计算当前速度。在参考速度和当前速度之间的误差生成器通过生成命令电流的调节器单元处理。调节器单元可以是比例积分(PI)调节器。通过在SRM控制系统中的内部电流回路比较命令电流与测量的电流。此后，生成脉冲宽度调制(PWM)信号以创建多个换相角度，用于利用时间信号Ton、Toff将SRM的多个开关转至接通和断开状态。优选实施例包括用于利用SRM控制系统来控制SRM的方法。该方法通过提供SRM控制系统开始。接下来，利用初始化机制将初始转子位置提供给SRM。然后，在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点。此后，当电流波形达到钉扎点时，确定电流上升的斜率。然后该斜率被馈送到换相模块。此后，来自计算的电感或电流斜率的误差信号被用作在SRM控制系统中的控制回路的输入。最后，时间确定模块确定最佳时间信号以发射下一脉冲。最佳时间信号被馈送至SRM，以用于将多个SRM开关转至接通和断开状态。当电流波形的钉扎点接近电流波形的初始上升的顶部，并且在电感分布上钉扎的点接近用于电机的该相位的电感上升的开始时，获得SRM的最佳效率和最大载荷能力。本专利技术的第一目的是提供能够在无传感器环境中进行准确地脉冲定位的SRM控制系统。本专利技术的第二目的是提供用于控制SRM的SRM控制系统，使得在电机中减少制造缺陷和老化效应。本专利技术的第三目的是提供可适配于针对每个单独的电机，而不是针对整批的制造的电机来调整控制参数的SRM控制系统。本专利技术的额外目的是提供利用用于计算电流上升时间的简单算法的SRM控制系统。本专利技术的又一额外目的是提供针对控制开关磁阻电机不注入额外电压脉冲的SRM控制系统。针对本专利技术的这些和其他的优点和特征进行了详细描述，以使本领域普通技术人员能够理解本专利技术。附图说明为了改善对本专利技术的各种元件和实施例的理解和增强其清晰度，在图中的元件不必须被绘制出。此外，为了提供本专利技术的各种实施例的清晰的视图，未描绘为行业中的技术人员已知且众所周知的元件。因此，为了清晰和简洁，附图在形式上被概括了。图1图示了根据本专利技术的优选实施例的开关磁阻电机(SRM)控制系统的框图；图2图示了根据本专利技术的优选实施例的示出相对于在电角度中的变化的在电感分布中的变化的图形表示；图3图示了根据本专利技术的优选实施例的具有速度和电流回路的SRM控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制开关磁阻电机SRM的方法，包括以下步骤：/na)提供具有换相模块的SRM控制系统；/nb)利用初始化机制为所述SRM提供初始转子位置；/nc)在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点；/nd)当所述电流波形达到所述钉扎点时，确定所述电流上升的斜率，所述斜率被馈送到所述换相模块；/ne)计算误差信号，并且将所述误差信号作为输入提供给在所述SRM控制系统中的控制回路；以及/nf)确定最佳时间以发射下一脉冲；/n其中所述SRM控制系统使得能够在宽范围的速度和载荷上进行自适应脉冲定位。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制开关磁阻电机SRM的方法，包括以下步骤：
a)提供具有换相模块的SRM控制系统；
b)利用初始化机制为所述SRM提供初始转子位置；
c)在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点；
d)当所述电流波形达到所述钉扎点时，确定所述电流上升的斜率，所述斜率被馈送到所述换相模块；
e)计算误差信号，并且将所述误差信号作为输入提供给在所述SRM控制系统中的控制回路；以及
f)确定最佳时间以发射下一脉冲；
其中所述SRM控制系统使得能够在宽范围的速度和载荷上进行自适应脉冲定位。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所定义的钉扎点相对于所述SRM的基本电感值是静态的。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述钉扎的位置被定义在在所述初始电流上升上的、对应于稳态电流的50％至100％之间的幅度的点处。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述SRM控制系统被设计为利用基本电感以根据期望的电感值来计算所述误差信号。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述SRM控制系统被设计为利用在固定的时间段上的所测量的电流上升以根据期望的电流上升来计算所述误差信号。


6.一种用于控制开关磁阻电机SRM的方法，包括以下步骤：
a)提供具有换相模块的SRM控制系统；
b)利用初始化机制为所述SRM提供初始转子位置；
c)在电流波形的初始电流上升阶段期间的相电流波形上定义钉扎点，所述钉扎点相对于所述SRM的基本电感值是静态的；
d)当所述电流波形达到所述钉扎点时，确定所述电流上升的斜率，所述斜率被馈送到所述换相模块；
e)将频率输入信号提供给所述换相模块以获得针对轴速度的数字估计；
f)利用所述电流上升的所述斜率和所述频率输入信号来计算当前速度；
g)通过利用参考速度和所述当前速度的调节器单元来生成命令电流；
h)通过在所述SRM控制系统中的内部电流回路来比较所述命令电流与测量的电流；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·克里希纳穆尔蒂，T·克利里，T·克内德尔，
申请(专利权)人：软件电机公司，
类型：发明
国别省市：美国;US