开关磁阻电机低速运行控制方法、开关磁阻电机与流程

1.本发明涉及电机的技术领域，更具体地说，涉及一种开关磁阻电机低速运行控制方法、开关磁阻电机。


背景技术：

2.现有的开关磁阻电机的调速范围较宽，一般可达40rpm～1200rpm，然而，由于开关磁阻电机的宽范围调整，导致其在低速控制时，由于功率较低，使得开关磁阻电机在低速运行时不稳定，且稳定性控制较差。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种开关磁阻电机低速运行控制方法、开关磁阻电机。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关磁阻电机低速运行控制方法，包括以下步骤：
5.获取开关磁阻电机的实时转速；
6.根据所述实时转速和设定转速确定参考电流；
7.根据所述参考电流获得所述开关磁阻电机低速运行的控制参数；
8.根据所述控制参数控制所述开关磁阻电机运行。
9.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述实时转速和设定转速确定参考电流包括：
10.将所述设定转速与所述实时转速作差，获得所述设定转速与所述实时转速的差值；
11.根据所述设定转速与所述实时转速的差值，采用预设调节算法进行计算，获得所述参考电流。
12.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述预设调节算法为增量式pi调节算法、位置式pi算法和pid算法中的任意一种或者多种。
13.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述参考电流获得所述开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：
14.根据所述参考电流，确定电流偏差值；
15.根据所述电流偏差值和所述参考电流，确定电流上限值和电流下限值。
16.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述参考电流获得所述开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：
17.根据所述参考电流，确定控制所述开关磁阻电机的参考占空比。
18.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述参考电流获得所述开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：
19.根据所述参考电流，获取所述开关磁阻电机的各个相的导通角和关断角。
20.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述控制参数控制所述开关磁阻电机运行包括：
21.获取所述开关磁阻电机的实时导通电流；
22.将所述实时导通电流与所述电流上限值和所述电流下限值进行比较；
23.根据比较结果控制所述开关磁阻电机的当前导通相关闭或者控制所述开关磁阻电机的当前关闭相导通。
24.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述比较结果包括：所述实时导通电流大于所述电流上限值，或者，所述实时导通电流小于所述电流下限值。
25.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据比较结果控制所述开关磁阻电机的当前导通相关闭或者控制所述开关磁阻电机的当前关闭相导通包括：
26.若所述实时导通电流大于所述电流上限值，则控制所述开关磁阻电机的当前导通相关闭。
27.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据比较结果控制所述开关磁阻电机的当前导通相关闭或者控制所述开关磁阻电机的当前关闭相导通包括：
28.若所述实时导通电流小于所述电流下限值，则控制所述开关磁阻电机的当前关闭相导通。
29.在本发明所述的开关磁阻电机低速运行控制方法中，所述根据所述控制参数控制所述开关磁阻电机运行包括：
30.根据所述参考占空比，控制所述开关磁阻电机当前导通相的占空比。
31.本发明还提供一种开关磁阻电机，包括：检测装置和控制器；
32.所述检测装置用于检测所述开关磁阻电机的转速并输出光电开关信号；
33.所述控制器用于执行以上所述的开关磁阻电机低速运行控制方法。
34.实施本发明的开关磁阻电机低速运行控制方法、开关磁阻电机，具有以下有益效果：包括：获取开关磁阻电机的实时转速；根据实时转速和设定转速确定参考电流；根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数；根据控制参数控制开关磁阻电机运行。本发明通过基于开关磁阻电机的实时转速和设定转速确定参考电流，并根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数，从而根据所得到的控制参数对开关磁阻电机进行低速运行控制，以达到控制开关磁阻电机在低速状态下稳定运行，提升开关磁阻电机的稳定性和可靠性。
附图说明
35.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
36.图1是本发明实施例提供的开关磁阻电机低速运行控制方法的流程示意图；
37.图2是电流斩波控制的电流波形示意图；
38.图3是电压斩波控制的电流波形示意图；
39.图4是导通角不同时的电流波形示意图；
40.图5是关断角不同时的电流波形示意图；
41.图6是电机驱动电路示意图；
42.图7是绕组电感相对位置及扇区划分示意图。
具体实施方式
43.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
44.为了解决开关磁阻电机在低速运行不稳定的问题，本发明提供的一种开关磁阻电机低速运行控制方法，该方法将电流斩波控制、电压斩波控制及导通位置角控制三种驱动方式相结合，以使开关磁阻电机可以在低速稳定运行。另外，该方法还可以提高开关磁阻电机的响应速度，使开关磁阻电机可以快速响应负载的变化。
45.具体的，参考图1，为本发明提供的开关磁阻电机低速运行控制方法一可选实施例的流程示意图。可选的，该开关磁阻电机低速运行控制方法可适用于包括但不限于四相的开关磁阻电机、六相的开关磁阻、八相的开关磁阻电机等。例如，如图6所示，为四相的开关磁阻电机的驱动电路。图6中，a、c相共用上桥(q1)，b、d相共用上桥(q5)，当需要开通a相时，控制q1、q3导通；当需要开通c相时，控制q1、q4导通；当需要开通b相时，控制q5、q6导通；当需要开通d相时，控制q5、q2导通。其中，图6中，r1为检流电阻。通过检测流过r1的电流，可以检测对应开通相的导通电流。
46.具体的，如图1所示，该开关磁阻电机低速运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
47.步骤s101、获取开关磁阻电机的实时转速。
48.可选的，开关磁阻电机的实时转速可以采用现有的常规方法进行检测。
49.步骤s102、根据实时转速和设定转速确定参考电流。
50.一些实施例中，根据实时转速和设定转速确定参考电流包括：将设定转速与实时转速作差，获得设定转速与实时转速的差值；根据设定转速与实时转速的差值，采用预设调节算法进行计算，获得参考电流。可选的，预设调节算法为增量式pi调节算法、位置式pi算法和pid算法中的任意一种或者多种。pid是一种线性控制算法，根据设定与反馈的偏差调整输出。p指是比例(proportion)，i指是积分(integral)，d指微分(differential)。pid控制公式如下：
[0051][0052]
(1)式中，kp
‑‑‑‑‑
比例增益(比例系数)；tt
‑‑‑‑‑‑
积分时间常数；td
‑‑‑‑‑‑
微分时间常数；u(t)
‑‑‑‑‑
输出；e(t)
‑‑‑‑‑
偏差。
[0053]
将(1)式进行离散化可得到：
[0054][0055]
(2)式中，
‑‑‑‑‑‑
积分系数；k
d
＝k
p
t
d
‑‑‑‑‑‑
微分系数；u(k)
‑‑‑‑‑‑‑
第k次输出；e(k)
‑‑‑‑‑‑‑
第k次偏差。
[0056]
从(2)式中可以看出，比例部分输出与偏差成比例关系，即当系统存在偏差，就存
在比例输出，可以快速响应降低偏差，但是纯比例控制需要偏差存在，才能维持一定的输出，因此纯比例控制必然存在稳态误差，需要引入积分控制；
[0057]
积分控制作用的存在与偏差的存在时间有关，只要系统存在着偏差，积分控制就会不断起作用，对输入偏差进行积分，使输出不断变化，产生控制作用以减小偏差。在积分时间足够的情况下，可以完全消除静差，这时积分控制作用将维持不变。因此，比例 积分(pi)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差，积分控制的引入虽然可以消除稳态误差，但是降低了系统的响应速度，特别是对于具有较大惯性的控制对象，仅用pi控制器难以得到较好的动态调节品质，系统会产生较大的超调和振荡，这时可以引入微分控制。微分控制根据偏差的变化趋势，提前对输出做出调整，从而加快系统的响应速度，减小调节时间，但是微分控制属于预测控制，如果微分作用的占比过大(微信系数较大)，会导致系统抗干扰能力降低。
[0058]
(2)式为离散化公式，其存在一个问题即：积部分需要对偏差不断累加，需要较大的存储空间，因此，根据(1)式可以推导出增量式公式如下：
[0059][0060]
采用(3)式不需要对偏差进行累加操作，可以大大降低对存储空间的要求，电机属于小惯性的控制对象，因此，本发明实施例中，优选采用增量式pi调节算法。其中，输入偏差即为设定转速与实时转速的差值，则参考电流的增量值可通过下式得到：
[0061]
δi
ref
(k)＝k
p
(e(k)
‑
e(k
‑
1)) k
i
e(k)
ꢀꢀ
(4).
[0062]
(4)式中，
△
i
ref
(k)为参考电流增量值。
[0063][0064]
(5)式中，i
ref
(k)为参考电流。
[0065]
步骤s103、根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数。
[0066]
一些实施例中，根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：根据参考电流，确定电流偏差值；根据电流偏差值和参考电流，确定电流上限值和电流下限值。
[0067]
具体的，计算出参考电流后，根据该参考电流设置允许的电流偏差值，进而基于所得到的电流偏差值计算出电流上限值和电流下限值。
[0068]
例如，若计算出的参考电流为1000ma，此时，参考电流较大，可以设置允许的电流偏差值也相应的较大，如可设置为200ma，则电流上限值为1200ma，电流下限值为800ma。若参考电流为200ma，此时，参考电流较小，可以设置允许的电流偏差值也相应的较小，如可以设置为50ma，则电流上限值为250ma，电流下限值为150ma。
[0069]
一些实施例中，根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：根据参考电流，确定控制开关磁阻电机的参考占空比。
[0070]
可以理解地，占空比是用于调节电流上升速度的，因此，通过所计算得到的参考电流计算出参考占空比后，即可采用所计算得到的参考占空比对开关磁阻电机进行占空比控制，以调节电流上升速度。例如，当参考电流为1000ma时，电流较大，电流上升率可以相应的
设置较大，如可以设置参考占空比为100％，即所开通的相完全导通，此时，电流上升速度最高；若参考电流为200ma，电流较小，电流上升率也需要降低，因此，可以相应减小占空比，如可以设置为20％，降低了电流的上升速度，使得电流控制更为精确。
[0071]
一些实施例中，根据参考电流获得开关磁阻电机低速运行的控制参数包括：根据参考电流，获取开关磁阻电机的各个相的导通角和关断角。
[0072]
步骤s104、根据控制参数控制开关磁阻电机运行。
[0073]
一些实施例中，根据控制参数控制开关磁阻电机运行包括：获取开关磁阻电机的实时导通电流；将实时导通电流与电流上限值和电流下限值进行比较；根据比较结果控制开关磁阻电机的当前导通相关闭或者控制开关磁阻电机的当前关闭相导通。
[0074]
可选的，比较结果包括：实时导通电流大于电流上限值，或者，实时导通电流小于电流下限值。
[0075]
其中，根据比较结果控制开关磁阻电机的当前导通相关闭或者控制开关磁阻电机的当前关闭相导通包括：若实时导通电流大于电流上限值，则控制开关磁阻电机的当前导通相关闭。或者，若实时导通电流小于电流下限值，则控制开关磁阻电机的当前关闭相导通。
[0076]
具体的，如图6所示，通过检测流过检流电阻的电流可以获得开关磁阻电机的实时导通电流，并将实时导通电流分别与电流上限值和电流下限值进行比较，若实时导通电流大于电流上限值，则控制相应的开关关闭，以控制当前导通相关闭；如图6所示，若当前的导通相为a相或c相，则控制q1关闭；若当前的导通相为b相或d相，则控制q5关闭。若实时导通电流小于电流下限值，则控制相应的开关导通，以控制当前关闭相导通；如图6所示，若当前的关闭相为a相或c相，则控制q1导通；若当前的关闭相为b相或d相，则控制q5导通。
[0077]
如图2所示，当实时导通电流大于电流上限值时，控制q1关闭，限制电流上限；当实时导通电流小于电流下限值时，控制q5关闭，限制电流下限，使电流在所设定的范围内波动，从而可以控制产生的正负转矩大小。
[0078]
一些实施例中，根据控制参数控制开关磁阻电机运行包括：根据参考占空比，控制开关磁阻电机当前导通相的占空比。
[0079]
具体的，如图6所示，若当前导通相为a相或c相，则按照所计算得到的参考占空比，控制q1开通时的占空比，以调节电流上升速度；若当前导通相为b相或d相，则按照所计算得到的参考占空比，控制q5开通时的占空比，以调节电流上升速度。
[0080]
如图3所示，通过调整q1或者q5开通时的占空比来调整平均电压，进而改变电流大小，以调节电流上升的速度，进而使电流斩波控制精度更高，如较小的参考电流，由于电压较大，电流上升速度较快，难以精准的控制电流，此时，可以通过降低占空比以限制电流上升速度，从而提高电流控制的精度；当负载较大，参考电流较大时，可以提高占空比以提高电流的上升速度，提高电流的响应速度，进而提高了电机对负载变化的响应速度。
[0081]
一些实施例中，根据控制参数控制开关磁阻电机运行包括：根据确定的导通角和关断角，控制开关磁阻电机各个相的导通时刻(导通角)以及关断时刻(关断角)进而控制各个相的导通区间，从而产生合适的平均转矩。
[0082]
如图4和图5所示，通过调整导通角与关断角，可以改变电流波形以及电流波形与绕组电感波形的相对位置，进而控制电机运行。
[0083]
如图7所示，为绕组电感相对位置及扇区划分示意图。其中，扇区划分可以由安装在电机上的两个光电开关检测得到，根据图中电机的运行方向(正转)，以a相为例进行说明，一个周期内电感存在四个扇区，分别为电感上升区(1)、电感最大区(0)、电感下降区(2)、电感最小区(3)。其中，图7中为了便于说明做了线性处理，实际在最大区与最小区电感仍有变化，电感上升与电感下降也不是完全线性，四相绕组电感分布相隔90度电角度，正好对应一个扇区，即扇区1对应a相电感上升区，b相电感最大区，c相电感下降区，d相电感最小区。根据开关磁阻电机的工作原理，仍然以a相为例进行说明，在电感上升阶段(扇区1、扇区0及扇区3的部分)有电流流过产生正转矩，在电感下降阶段(扇区2、扇区0及扇区3的)有电流流过产生负转矩，因此，可以通过调整a相的导通时刻(导通角)以及关断时刻(关断角)进而控制各个相的导通区间，产生合适的平均转矩，以使电机平稳运行。如在空载时，为了使速度稳定，会产生较多的负转矩，在重载的情况下，a相仅在正转矩区间导通，导通角与关断角随着负载的变化而变化，其中，q3、q4、q6和q2的通断分另对应a相、b相、c相和d相的导通与关断。
[0084]
进一步地，为了使开关磁阻电机更加稳定地运行，本发明还同时引入了电流斩波控制(即根据所设定的电流上下限值控制开关磁阻电机运行)和电压斩波控制(即根据占空比控制开关磁阻电机运行)。
[0085]
本发明通过将电流斩波控制、电压斩波控制和导通位置角控制三种驱动方式结合，使开关磁阻电机可以在低速稳定运行，还可以快速响应负载的变化，有效提升开关磁阻电机的稳定性和可靠性。
[0086]
本发明还提供一种开关磁阻电机，包括：检测装置和控制器；
[0087]
检测装置用于检测开关磁阻电机的转速并输出光电开关信号。
[0088]
控制器并用于执行本发明实施例公开的开关磁阻电机低速运行控制方法。其中，控制器根据所接收的光电开关信号计算出开关磁阻电机的实时转速。可选的，检测装置可以为光电开关。
[0089]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0090]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0091]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd
‑
rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0092]
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人
士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。