本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制裝置，尤指一種新能源汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在新能源汽車主要使用三相異步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)作為動力源，這兩種電機(jī)各有特點(diǎn)，三相異步電機(jī)具有調(diào)速控制簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其電機(jī)效率低，能耗大等缺點(diǎn)。永磁無刷直流電機(jī)具有體積小、控制性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于永磁的存在，對應(yīng)用的環(huán)境溫度、機(jī)械應(yīng)力等要求苛刻，價(jià)格也昂貴；

開關(guān)磁阻電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子鐵心無電機(jī)繞組，無永磁體、容錯(cuò)能力強(qiáng)、可靠性高、啟動扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，使用范圍日益擴(kuò)大。開關(guān)磁阻電機(jī)根據(jù)有無位置傳感器分為無位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)及具位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)，其中無位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)，其調(diào)速范圍小，適合于均速轉(zhuǎn)動的場合，而具位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)，其調(diào)速范圍大，適用于電動車。具位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)，一般采用兩個(gè)位置傳感器用于換相，其存在零位誤差、占空比誤差和相位誤差；其中零位誤差主要表現(xiàn)是反映各相繞組最大電感與最小電感位置的方波信號的跳變沿與理想位置信號存在誤差，它是由于轉(zhuǎn)盤和光槽在安裝時(shí)定位不準(zhǔn)造成的；占空比誤差的表現(xiàn)形式是方波信號的占空比不再是0.5，它主要來源于兩個(gè)方面：一是轉(zhuǎn)盤加工時(shí)齒、槽分度不準(zhǔn)，二是光電晶體管負(fù)載電路設(shè)計(jì)不夠合理而導(dǎo)致光電晶體管的開通與關(guān)斷時(shí)間不一致，前者引起的誤差屬于絕對角度誤差，表現(xiàn)在位置信號中是占空比誤差不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，后者引起的誤差屬于絕對時(shí)間誤差，表現(xiàn)在位置信號中是占空比誤差隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，并且轉(zhuǎn)速越高，誤差越大；相位誤差的表現(xiàn)形式是兩路反映轉(zhuǎn)子位置信號的方波信號間相位差與理想位置信號之間存在誤差，這種誤差主要來自兩個(gè)光槽之間的夾角不準(zhǔn)。具兩位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)中，其因位置信號存在誤差，造成換相點(diǎn)不準(zhǔn)確，電機(jī)效率低、可靠性低的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供一種新能源汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置及方法，以達(dá)到提高了產(chǎn)品可靠性、減少傳感器的誤差，提高開關(guān)磁阻電機(jī)的效率，提高車輛續(xù)航里程，節(jié)約能源的目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

新能源汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置，包括DSP芯片、與DSP芯片連接的FPGA芯片、與FPGA芯片連接的控制電路，其特征在于：它還包括一固設(shè)于電機(jī)中的位置傳感器、與FPGA芯片連接的位置處理單元，所述的FPGA芯片可拆卸地連接一用于檢測位置傳感器與電機(jī)之間相位誤差的檢測裝置。在檢測時(shí)，檢測裝置與位置傳感器連接，完成后檢測裝置可取下。FPGA芯片用于存儲相位誤差值，根據(jù)位置傳感器的信號及相位誤差值計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子原始相位，相位誤差補(bǔ)償時(shí)間可通過FPGA芯片內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)，相位補(bǔ)償點(diǎn)準(zhǔn)確，減少了位置傳感器的誤差，提高了開關(guān)磁阻電機(jī)的效率，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

作為對上述裝置的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征：

所述的位置傳感器通過一位置信號處理單元與FPGA芯片相連。將位置傳感器采集的脈沖信號轉(zhuǎn)化為FPGA芯片可識別的方波信號。

所述的位置傳感器包括光電脈沖發(fā)生器及固接于電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤。

所述的光電脈沖發(fā)生器安裝在電機(jī)定子上。

所述的轉(zhuǎn)盤呈圓盤狀，其圓周方向均布復(fù)數(shù)個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)子凸極數(shù)量相等的齒槽。轉(zhuǎn)盤隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當(dāng)光電脈沖發(fā)生器與轉(zhuǎn)盤的齒槽相對時(shí)，即可產(chǎn)生一個(gè)脈沖。

新能源汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置包括以下步驟：

1)通過檢測裝置檢測位置傳感器與開關(guān)磁阻電機(jī)之間的相位誤差，并將該誤差送于FPGA芯片中。

2)在電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，位置傳感器的輸出信息通過一位置信號處理單元轉(zhuǎn)換成方波信號，并與FPGA芯片連接。

3) FPGA芯片中的計(jì)算模塊根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的方波個(gè)數(shù)及實(shí)時(shí)的方波信號，計(jì)算當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，同時(shí)利用電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間及與相位誤差對應(yīng)的補(bǔ)償時(shí)間。

4) FPGA芯片根據(jù)方波信號脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間及電機(jī)相數(shù)并利用定時(shí)器進(jìn)行相位補(bǔ)償，還原跟開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置同步的編碼信號傳遞給DSP的編碼采樣口，直至到達(dá)方波信號一周結(jié)束，重新根據(jù)步驟3)確定脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間及與相位誤差對應(yīng)的補(bǔ)償時(shí)間。

5)DSP芯片根據(jù)FPGA芯片傳遞來的實(shí)時(shí)編碼信號控制開關(guān)磁阻電機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。

作為對上述裝置的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征：

所述FPGA芯片保存的位置傳感器與開關(guān)磁阻電機(jī)相位誤差以下升沿和下降沿為參考點(diǎn)。

FPGA芯片在方波信號的上升沿和下降沿開始計(jì)時(shí)，啟動定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)間為相位誤差補(bǔ)償時(shí)間；當(dāng)該定時(shí)到達(dá)時(shí)，進(jìn)行換相，并將換相后的上升沿和下降沿信號傳遞給定DSP芯片的編碼采樣口供其編碼采樣。

有益效果：以方波的上升沿和下降沿作為起始點(diǎn)，每次換相都是依靠軟件定時(shí)器來完成的，提高換相精度，減少了位置傳感器的誤差，提高了開關(guān)磁阻電機(jī)的效率，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)；

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明流程圖。

圖3是相位超前時(shí)位置處理單元輸出編碼信號和正常編碼信號的編碼對比圖。

圖4是相位滯后時(shí)位置處理單元輸出編碼信號和正常編碼信號的編碼對比圖。

【具體實(shí)施方式】

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括控制電路、一個(gè)置于開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)部位置傳感器、與位置傳感器連接的位置處理單元、與位置處理單元連接的FPGA芯片及與FPGA芯片連接的DSP芯片，其中控制電路包括功率管及蓄電池。功率管與開關(guān)磁阻電機(jī)、FPGA芯片和蓄電池相連接，F(xiàn)PGA芯片和DSP芯片相連接構(gòu)成控制裝置。

如圖2所示，以控制一轉(zhuǎn)子是24極、定子是16極、3相電機(jī)為例進(jìn)一步說明新能源汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)的控制裝置：

1) 通過檢測裝置檢測位置傳感器與開關(guān)磁阻電機(jī)之間的相位誤差，并將該誤差送于FPGA芯片中。

2) 一個(gè)位置傳感器經(jīng)過位置信號處理單元將位置信號處理成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號。

3) 位置信號處理單元將處理后的方波信號傳送到FPGA芯片的編碼采樣口。

4) FPGA芯片計(jì)算當(dāng)前速度：開關(guān)磁阻電機(jī)在旋轉(zhuǎn)一周過程中，具有24個(gè)高低電平，F(xiàn)PGA芯片以方波信號上升沿和下降沿間隔的晶振時(shí)鐘個(gè)數(shù)，可以得到間隔時(shí)間并計(jì)算出當(dāng)前速度。

5) 根據(jù)當(dāng)前速度，計(jì)算方波信號上升沿和下降間隔時(shí)間T和相位誤差需要補(bǔ)償時(shí)間△T。

6) FPGA芯片根據(jù)檢測裝置檢測位置傳感器與開關(guān)磁阻電機(jī)之間的相位誤差，判斷相位是超前還是滯后，以此選擇不同的補(bǔ)償方式進(jìn)行相位補(bǔ)償。

7) 當(dāng)相位超前時(shí)，使用t=t0+△T進(jìn)行相位補(bǔ)償,其補(bǔ)償為同向脈沖沿。如在t0時(shí)刻FPGA芯片輸入端檢測到一上升沿，然后通過FPGA芯片計(jì)算脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間T和相位誤差需要補(bǔ)償時(shí)間△T，并將定時(shí)器清零，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)到時(shí)間△T，將這個(gè)上升沿輸出到FPGA芯片輸出端。

當(dāng)相位滯后時(shí)，使用t=t0+T-△T進(jìn)行相位補(bǔ)償, 其補(bǔ)償為反向脈沖沿。如在t0時(shí)刻FPGA芯片輸入端檢測到一上升沿，然后通過FPGA芯片計(jì)算脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間T和相位誤差需要補(bǔ)償時(shí)間△T，并將定時(shí)器清零，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)到時(shí)間T-△T，將下降沿輸出到FPGA芯片輸出端，反之檢測到下降沿則輸出上升沿；

其中，t0為當(dāng)前檢測到的脈沖邊沿時(shí)間；

t為補(bǔ)償輸出脈沖沿的輸出時(shí)間；

T為當(dāng)前檢測到的脈沖上升沿和下降沿間隔時(shí)間；

△T為相位誤差需要補(bǔ)償時(shí)間。

8) 將補(bǔ)償后的編碼信傳遞給DSP的編碼采樣口。

9) DSP芯片根據(jù)FPGA芯片傳遞來的實(shí)時(shí)編碼信號控制開關(guān)磁阻電機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)24極電機(jī)轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生24個(gè)高低電平，即24個(gè)方波周期。前一個(gè)方波周期的速度作為下一個(gè)方波周期的計(jì)算速度用于計(jì)算方波信號上升沿和下降間隔時(shí)間及補(bǔ)償時(shí)間。