基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置，所述控制装置包括微控制器、功率变换电路驱动模块、功率变换电路、电流检测模块、电压检测模块、输入输出模块和直流稳压电源；其中，所述微控制器分别与功率变换电路驱动模块、电流检测模块、电压检测模块和输入输出模块相连，所述功率变换电路分别与开关磁阻电机、功率变换电路驱动模块、电流检测模块和电压检测模块相连。与现有技术相比，本实用新型专利技术提供的开关磁阻电机无位置传感器控制装置，可准确计算出电机转子在两相邻特征点对应区间的平均转速，并进而由该平均转速计算出电机转子在下一对应区间任意时刻的位置角度，从而实现电机的高精度调速控制。

【技术实现步骤摘要】
基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置
本技术涉及开关磁阻电机控制领域，特别涉及基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置。
技术介绍
开关磁阻电机具有结构简单、效率高、容错能力强等诸多优点，现已在电动汽车、航空工业、矿山开采等众多领域得到了广泛应用。而实时、准确地获取电机转子的位置信息是实现开关磁阻电机高性能调速控制的基本要求，传统获取电机转子位置信息主要采用位置传感器，但位置传感器的引入不仅增加了调速系统的成本和复杂度，同时也降低了系统的可靠性和环境适应性，因此研究开关磁阻电机的无位置传感器控制具有重要意义。三相开关磁阻电机是目前应用最广泛的开关磁阻电机，而有关其无位置传感器控制方法主要有电感模型法、智能控制法、磁链/电流法等。其中电感模型法是预先将电机的电感、电流及对应的转子位置存储于三维表格中，在电机运行时只需实时采集电流值并进行简单的运算处理，再根据该数据表即可获得相应的转子位置角度；该方法算法简单，但占用系统资源大、灵活性和实时性不高。智能控制法是通过建立以电流和磁链为输入、转子位置角度为输出的非线性映射模型，再根据该模型并通过实时采集电流和磁链值来估算出转子的位置角度；该方法位置估算精度高，但存在算法复杂、运算工作量大、实时性不高等不足。磁链/电流法则是通过对开关磁阻电机导通相施加斩波控制电流及非导通相施加高频检测脉冲，再利用导通相与非导通相电感交点的位置角度来对电机的转子位置进行估算；该算法具有占用系统资源较少、运算工作量适中等优点，但在导通相电流大于其临界饱和电流后，上述相电感交点位置会随导通相电流的增大而发生偏移，从而导致在估算电机转子位置时会产生较大的偏差，因而严重影响了电机控制精度的提高。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本技术提供一种原理简单的基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置。本技术提出的技术方案为：包括微控制器、功率变换电路驱动模块、功率变换电路、电流检测模块、电压检测模块、输入输出模块和直流稳压电源；其中，所述微控制器分别与功率变换电路驱动模块、电流检测模块、电压检测模块和输入输出模块相连，所述功率变换电路分别与开关磁阻电机、功率变换电路驱动模块、电流检测模块和电压检测模块相连；所述微控制器用于通过功率变换电路驱动模块向功率变换电路发出控制信号，并通过功率变换电路分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲，同时根据电压检测模块和电流检测模块检测的电压、电流反馈信号计算开关磁阻电机的转子位置角度；所述功率变换电路驱动模块用于接收微控制器输出的PWM控制信号，并输出相应的控制信号控制功率变换电路中对应功率开关的开关状态；所述电流检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电流值；所述电压检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电压值；所述功率变换电路用于接收功率变换电路驱动模块输出的控制信号，分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲；所述直流稳压电源用于给系统提供所需的正常工作的电压与电流。所述控制装置还包括与微控制器连接的输入输出模块，所述输入输出模块用于设置相关控制参数及显示转速、转子位置角度等状态参数。所述功率变换电路驱动模块包括功率开关管驱动芯片(U1)，所述微控制器输出的PWM控制信号从功率开关管驱动芯片(U1)的第2脚输入，经功率开关管驱动芯片(U1)放大隔离处理后从第11脚输出给主功率开关管(Q1)的G脚，从而控制主功率开关管(Q1)的开通与关断，进而实现对开关磁阻电机相电流的实时调节。所述功率变换电路包括若干相功率变换单元，每相功率变换单元采用不对称半桥结构，每相功率变换单元包括第一主功率开关管(Q1)、第二主功率开关管(Q2)、第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、母线电压输入接线端(J1)和(J2)，该输入端同时与电压检测模块相连；所述第一主功率开关管(Q1)与第一续流二极管(D1)之间设有接线端CIN_A，接线端CIN_A和接线端COUT_A为电流检测模块输入端；所述第一接线端(J3)与接线端COUT_A相连，所述第二主功率开关管(Q2)与第二续流二极管(D2)之间设有第二接线端(J4)，所述第一接线端(J3)和第二接线端(J4)组成开关磁阻电机某一相绕组输入端；所述功率变换单元的接线端AHG、AHE和ALG、GLE分别接收功率变换电路驱动模块发送给第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)的开通与关断控制信号，当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)导通时，所述第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)截止，则母线电压经第一接线端(J3)和第二接线端(J4)加到开关磁阻电机的某一相绕组上，产生正向电流；当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)关断时，由第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)续流，将开关磁阻电机某一相绕组的储能回馈至功率变换单元的储能电容C1和C2中。所述电流检测模块包括若干相电流检测单元，所述每相电流检测单元包括电流传感器(U2)、信号差分放大电路和电压跟随电路；开关磁阻电机的相电流从电流传感器(U2)的CINA端输入，从COUTA端输出，电流传感器(U2)根据输入的相电流值大小，将其线性转化为对应的电压信号，并输出相应的差分电压信号；再将该差分电压信号传输至信号差分放大电路，由该信号差分放大电路对输入的差分电压信号进行放大与隔离处理后传输给电压跟随电路进行再次隔离，最后传输至微控制器的模数转换端口，并对其进行模数转换处理，最后微控制器根据接收的数字信号进行相应的数学计算，从而计算出开关磁阻电机的相电流实际值。所述电压检测模块包括相连的母线电压输入端、多级分压电阻、隔离放大器、差分放大电路和电压跟随电路，所述母线电压输入端通过多级分压电阻获取母线差分电压信号，该差分电压信号传输给隔离放大器进行隔离放大，之后再经差分放大电路进行进一步放大与隔离处理，最后经电压跟随电路将母线电压检测信号传输给微控制器的模数转换接口，并对其进行模数转换处理，最后微控制器根据接收的数字信号进行相应的数学计算，从而计算出母线电压的实际值。所述直流稳压电源包括相连的输入端、高频变压器(T1)、第一电压稳压芯片(U9)和第二电压稳压芯片(U10)，所述直流稳压电源输入端输入的电压通过高频变压器(T1)进行电压变换之后，在其第一副边和第二副边处分别产生正15V电压和负15V电压，接着正15V电压经U9转换为VDD，再通过U10转换为VCC3.3，上述不同等级的电压用于给系统不同模块提供电源。本技术提供的基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置的操作计算方法，包括以下步骤：步骤S1)根据三相开关磁阻电机三相绕组的实时相电感值得相电感函数关系式；步骤S2)根据步骤S1所得三相绕组的相电感函数关系式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置，其特征在于：包括微控制器、功率变换电路驱动模块、功率变换电路、电流检测模块、电压检测模块、输入输出模块和直流稳压电源；其中，所述微控制器分别与功率变换电路驱动模块、电流检测模块、电压检测模块和输入输出模块相连，所述功率变换电路分别与开关磁阻电机、功率变换电路驱动模块、电流检测模块和电压检测模块相连；/n所述微控制器用于通过功率变换电路驱动模块向功率变换电路发出控制信号，并通过功率变换电路分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲，同时根据电压检测模块和电流检测模块检测的电压、电流反馈信号计算开关磁阻电机的转子位置角度；/n所述功率变换电路驱动模块用于接收微控制器输出的PWM控制信号，并输出相应的控制信号控制功率变换电路中对应功率开关的开关状态；/n所述电流检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电流值；/n所述电压检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电压值；/n所述功率变换电路用于接收功率变换电路驱动模块输出的控制信号，分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲；/n所述直流稳压电源用于给系统提供所需的正常工作的电压与电流；/n所述功率变换电路包括若干相功率变换单元，每相功率变换单元采用不对称半桥结构，每相功率变换单元包括第一主功率开关管(Q1)、第二主功率开关管(Q2)、第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、母线电压输入接线端(J1)和(J2)，该输入端同时与电压检测模块相连；所述第一主功率开关管(Q1)与第一续流二极管(D1)之间设有接线端CIN_A，接线端CIN_A和接线端COUT_A为电流检测模块输入端；所述第一接线端(J3)与接线端COUT_A相连，所述第二主功率开关管(Q2)与第二续流二极管(D2)之间设有第二接线端(J4)，所述第一接线端(J3)和第二接线端(J4)组成开关磁阻电机某一相绕组输入端；所述功率变换电路的接线端AHG、AHE和ALG、GLE分别接收功率变换电路驱动模块发送给第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)的开通与关断控制信号，当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)导通时，所述第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)截止，则母线电压经第一接线端(J3)和第二接线端(J4)加到开关磁阻电机的某一相绕组上，产生正向电流；当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)关断时，由第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)续流，将开关磁阻电机某一相绕组的储能回馈至功率变换单元的储能电容C1和C2中。/n...

【技术特征摘要】
1.基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制装置，其特征在于：包括微控制器、功率变换电路驱动模块、功率变换电路、电流检测模块、电压检测模块、输入输出模块和直流稳压电源；其中，所述微控制器分别与功率变换电路驱动模块、电流检测模块、电压检测模块和输入输出模块相连，所述功率变换电路分别与开关磁阻电机、功率变换电路驱动模块、电流检测模块和电压检测模块相连；
所述微控制器用于通过功率变换电路驱动模块向功率变换电路发出控制信号，并通过功率变换电路分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲，同时根据电压检测模块和电流检测模块检测的电压、电流反馈信号计算开关磁阻电机的转子位置角度；
所述功率变换电路驱动模块用于接收微控制器输出的PWM控制信号，并输出相应的控制信号控制功率变换电路中对应功率开关的开关状态；
所述电流检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电流值；
所述电压检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相的电压值；
所述功率变换电路用于接收功率变换电路驱动模块输出的控制信号，分别向开关磁阻电机导通相绕组输出斩波控制电流及非导通相绕组输出高频控制脉冲；
所述直流稳压电源用于给系统提供所需的正常工作的电压与电流；
所述功率变换电路包括若干相功率变换单元，每相功率变换单元采用不对称半桥结构，每相功率变换单元包括第一主功率开关管(Q1)、第二主功率开关管(Q2)、第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、母线电压输入接线端(J1)和(J2)，该输入端同时与电压检测模块相连；所述第一主功率开关管(Q1)与第一续流二极管(D1)之间设有接线端CIN_A，接线端CIN_A和接线端COUT_A为电流检测模块输入端；所述第一接线端(J3)与接线端COUT_A相连，所述第二主功率开关管(Q2)与第二续流二极管(D2)之间设有第二接线端(J4)，所述第一接线端(J3)和第二接线端(J4)组成开关磁阻电机某一相绕组输入端；所述功率变换电路的接线端AHG、AHE和ALG、GLE分别接收功率变换电路驱动模块发送给第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)的开通与关断控制信号，当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)导通时，所述第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)截止，则母线电压经第一接线端(J3)和第二接线端(J4)加到开关磁阻电机的某一相绕组上，产生正向电流；当第一主功率开关管(Q1)和第二主功率开关管(Q2)关断时，由第一续流二极管(D1)和第二续流二极管(D2)续流，将开关磁阻电机某一相绕组的储能回馈至功率变换单元的储能电容C1和C2中。


2....

【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，匡斯建，刘苹，张铸，姜海鹏，周少武，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43