一种开关磁阻电机的驱动控制系统、方法及电动工具与流程

本申请涉及电动工具领域，尤其涉及一种开关磁阻电机的驱动控制系统、方法及电动工具。

背景技术：

1、开关磁阻电机是一种利用磁阻变化产生电磁转矩的电机结构，具有结构简单、可靠性高、调速范围宽以及适用于高速运行等特点，近年来逐渐应用于电动工具及工业驱动设备等领域。在电动工具应用过程中，电机通常需要根据加工对象及负载变化在较宽转速范围内输出相应驱动力。

2、现有开关磁阻电机驱动控制系统通常根据转速、电流等运行参数进行反馈调节，通过调整功率开关器件导通状态、电流给定值或换相参数实现电机控制。然而，由于开关磁阻电机存在转矩脉动特性，且电动工具工作过程中负载变化较快，当电机由空载进入加工状态或受到突变负载作用时，现有控制方式通常需要在检测到状态变化后再进行调节，容易导致控制响应滞后。

3、此外，开关磁阻电机在不同转速区间具有不同运行特性，低速时需要较大的输出转矩，高速时受到反电势及电流建立能力等因素影响，控制难度增加。现有控制方式难以兼顾宽转速范围内的稳定运行以及快速负载变化条件下的动态响应性能。

技术实现思路

1、本发明至少一具体实施方式的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种开关磁阻电机的驱动控制系统、方法及电动工具。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种开关磁阻电机的驱动控制系统，包括：

4、状态采集模块、负载识别模块、预测控制模块、自适应调节模块以及功率驱动模块；

5、所述状态采集模块用于采集开关磁阻电机运行过程中的运行状态参数；

6、所述负载识别模块与所述状态采集模块连接，用于根据所述运行状态参数识别电机当前负载变化状态；

7、所述预测控制模块与所述负载识别模块连接，用于根据所述负载变化状态预测电机未来转矩需求变化；

8、所述自适应调节模块与所述预测控制模块连接，用于根据预测得到的转矩需求变化调整开关磁阻电机的控制参数；

9、所述功率驱动模块与所述自适应调节模块连接，用于根据调整后的控制参数驱动所述开关磁阻电机运行；

10、其中，所述自适应调节模块根据开关磁阻电机的运行转速以及预测得到的转矩需求变化，在不同转速区间内调整对应控制策略，以实现开关磁阻电机在宽转速范围内的稳定驱动控制。

11、进一步，所述负载扰动识别模块包括转速变化分析单元、电流变化分析单元以及转矩波动分析单元；

12、所述转速变化分析单元用于计算相邻采样周期之间的转速变化率；

13、所述电流变化分析单元用于计算相绕组电流变化率以及电流纹波幅值；

14、所述转矩波动分析单元用于根据相绕组电流变化率和转子位置信息计算电磁转矩变化趋势；

15、所述负载扰动识别模块根据所述转速变化率、电流变化率以及电磁转矩变化趋势生成综合扰动指数。

16、进一步，所述综合扰动指数用于区分所述开关磁阻电机的运行状态，所述运行状态至少包括：空载高速状态、稳定负载状态、突加载状态以及堵转风险状态；

17、当所述综合扰动指数达到预设阈值时，所述自适应控制模块提前执行转矩补偿控制，以降低负载突变造成的转速跌落。

18、进一步，所述自适应控制模块包括低速控制单元、中速控制单元以及高速控制单元；

19、所述低速控制单元采用预测增强型电流斩波控制方式；

20、所述中速控制单元采用带有负载补偿项的速度-转矩双闭环控制方式；

21、所述高速控制单元采用基于转矩需求预测的提前角控制方式；

22、所述自适应控制模块根据当前转速以及负载扰动状态，对所述低速控制单元、中速控制单元以及高速控制单元进行平滑切换。

23、进一步，所述低速控制单元根据预测得到的转矩需求变化量动态调整电流滞环控制范围；在检测到负载增加趋势时，提高电流允许波动范围；在检测到负载降低趋势时，降低电流允许波动范围。

24、进一步，还包括自学习参数存储模块；

25、所述自学习参数存储模块用于存储不同转速区间以及不同负载状态下对应的最优控制参数；

26、所述自适应控制模块根据当前运行状态调用对应历史控制参数，并结合实时采集状态进行在线修正。

27、本申请采用的另一技术方案如下：

28、一种开关磁阻电机的驱动控制方法，包括：

29、s1、采集开关磁阻电机运行过程中的转子位置、相电流、转速以及母线电压数据，并生成多维运行状态特征；

30、s2、根据所述多维运行状态特征计算负载扰动特征量，并识别当前运行工况；

31、s3、根据连续多个控制周期内的负载扰动特征量变化趋势，预测未来转矩需求变化量；

32、s4、根据预测得到的转矩需求变化量，对电流给定值、导通角以及关断角进行自适应调整；

33、s5、根据当前转速区间选择对应控制模式，并基于负载扰动预测结果对控制模式参数进行动态修正；

34、s6、根据调整后的控制参数驱动开关磁阻电机运行。

35、进一步，s3中，通过分析连续采样周期内的转速下降梯度、电流增长梯度以及电磁转矩变化趋势，建立负载变化趋势模型，根据所述负载变化趋势模型提前预测负载增加或降低趋势。

36、进一步，在高速运行阶段，当检测到负载增加趋势时：根据预测得到的转矩需求变化量提前增加相位提前角；并同步调整电流参考值。

37、本申请采用的又一技术方案如下：

38、一种电动工具，包括：

39、壳体；

40、设置于所述壳体内的开关磁阻电机，用于驱动所述壳体的执行机构；

41、驱动控制组件，与所述开关磁阻电机连接；

42、其中，所述驱动控制组件包括状态采集模块、负载识别模块、预测控制模块以及自适应调节模块；

43、所述状态采集模块用于获取所述开关磁阻电机运行状态参数；

44、所述负载识别模块用于根据所述运行状态参数识别所述电动工具作业过程中的负载变化状态；

45、所述预测控制模块用于根据所述负载变化状态预测未来转矩需求变化；

46、所述自适应调节模块用于根据预测得到的转矩需求变化调整所述开关磁阻电机驱动参数。

1.一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，所述负载扰动识别模块包括转速变化分析单元、电流变化分析单元以及转矩波动分析单元；

3.根据权利要求2所述的一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，所述综合扰动指数用于区分所述开关磁阻电机的运行状态，所述运行状态至少包括：空载高速状态、稳定负载状态、突加载状态以及堵转风险状态；

4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，所述自适应控制模块包括低速控制单元、中速控制单元以及高速控制单元；

5.根据权利要求4所述的一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，所述低速控制单元根据预测得到的转矩需求变化量动态调整电流滞环控制范围；在检测到负载增加趋势时，提高电流允许波动范围；在检测到负载降低趋势时，降低电流允许波动范围。

6.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机的驱动控制系统，其特征在于，还包括自学习参数存储模块；

7.一种开关磁阻电机的驱动控制方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种开关磁阻电机的驱动控制方法，其特征在于，s3中，通过分析连续采样周期内的转速下降梯度、电流增长梯度以及电磁转矩变化趋势，建立负载变化趋势模型，根据所述负载变化趋势模型提前预测负载增加或降低趋势。

9.根据权利要求7所述的一种开关磁阻电机的驱动控制方法，其特征在于，在高速运行阶段，当检测到负载增加趋势时：根据预测得到的转矩需求变化量提前增加相位提前角；并同步调整电流参考值。

10.一种电动工具，其特征在于，包括：