雙凸極電機移相交錯角度控制方法
2023-04-25 21:10:16 2
專利名稱：雙凸極電機移相交錯角度控制方法
技術領域：
本發明涉及一種雙凸極電機，尤其涉及對雙凸極電機的角度控制，屬特種電機數
字控制技術。
背景技術：
目前，雙凸極電機包括永磁、電勵磁，混合勵磁、雙定子結構等不同勵磁方式和結 構。對雙凸極電機的電動控制，一般採用標準角度控制，即當電機相繞組反電勢為正時通正 電，相繞組反電勢為負時通負電，相繞組反電勢為零時不通電，在此標準角度控制策略下， 電機相電流上升率較小，且電機在中、高速場合下輸出轉矩較小。為了提高雙凸極電機在 中、高速下的出力，常採用提前角度控制，這種提前角度控制能夠提高電機的出力，但其缺 陷是；在提前角度控制和標準角度控制過程中具有死區時間，會使電機產生轉矩脈動。
發明內容
本發明提出一種雙凸極電機移相交錯角度控制方法，旨在雙凸極電機現有控制的 基礎上改善轉矩脈動，通過採用移相交錯角度控制消除死區時間，從而消除標準角度控制 和提前角度控制由於死區而產生的轉矩脈動。 本發明採用的技術方案是將十二進位計數器CC4040和邏輯鎖相環晶片CC4046 構成鎖相倍頻電路，雙凸極電機三相位置信號中任意一相位置信號經過鎖相倍頻電路進行 m倍倍頻處理得到倍頻信號；將三相位置信號與倍頻信號連接至DSP處理器捕獲埠 ；建立 相對於標準角度控制下的移相角a 、與雙凸極電機的前一導通功率開關管驅動信號之間的 交錯角9和倍頻信號脈衝數的角度脈衝關係表並導入DSP微處理器，通過DSP處理器捕獲 埠捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關管通斷的基準信號，調用角度脈 衝關係表重新設置換相控制來實現雙凸極電機的功率開關管的通斷信號，並計算移相角a 和交錯角e 。 本發明的技術效果是 1、本發明利用位置信號的下降沿與雙凸極電機反電勢之間存在的前後時序關係， 能合理地調節移相角和交錯角，既能保證雙凸極電機實現大的輸出轉矩，又能減小輸出轉 矩的脈動，有效提高電機出力，簡單易實現。 2、通過鎖相倍頻後的脈衝數進行角度定位計算，從而製造出變換器相應開關管的 驅動信號的上升沿與下降沿，採用下降沿檢測能實現最大移相角範圍為120度電角度(即 a =+60° a =-60° )，實現了角度細分，有效地保證移相角和交錯角的精度。 3、軟體實現上消除了上、下功率開關管之間的死區時間，不需要插入死區時間，確 定開關角簡單迅速，能靈活自如地設定移相角和交錯角，且可通過改變移相角度來實現相 對電機相電勢提前或滯後開通，使得電機實現大輸出轉矩的情況下，轉矩脈動得以大幅度 改善，電機的運行性能得以優化。 4、可應用於調速或驅動系統，提高電機的帶載能力，優化電機的輸出功率，有很好的應用價值和推廣前景。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步詳細說明。
圖1是雙凸極電機系統控制示意圖。 圖2是雙凸極電機移相交錯角度控制邏輯示意圖。 圖3是移相交錯角度控制相位置信號鎖相倍頻示意圖，其捕獲口邊沿檢測為下降 沿檢測。 圖4是提前換相控制中斷程序流程圖，
圖5角度延時子程序圖。 圖l-5中各符號名稱為V。c-輸入直流電源；Sl S6-6個功率開關管；D1 D6-六 個續流二極體；A、B、C-雙凸極電機三相繞組；DR1 DR6-分別為功率開關管Sl S6的驅 動信號；P麗1 P麗S-分別為各控制策略下功率開關管Sl S6的驅動邏輯信號；PA、 PB、 PC-分別為雙凸極電機A、 B、 C相位置信號；VCOUT-倍頻信號；EA、 EB、 EC-分別為雙凸機電 機A、B、C三相電勢波形；a -相對於標準角度控制下的移相角；e -與前一導通開關管驅動 信號之間的交錯角；CAP1 CAP4、CAP6-DSP微處理器捕獲埠 ；CC4046_邏輯鎖相環晶片； CC4040-十二進位計數器；P麗1、P麗2、P麗3、P麗4、P麗5、P麗6-分別為Sl S6的驅動邏輯 信號輸出接口 ；CAP6FIF0-DSP晶片CAP6的二級緩衝堆棧寄存器；Flag-計算分頻脈衝個數 標誌；pulse—n-對應角度下的脈衝數。
具體實施例方式
如圖1，雙凸極電機移相交錯角度控制由軟體與硬體相結合而成。硬體部分包括將 十二進位計數器CC4040和邏輯鎖相環晶片CC4046構成鎖相倍頻電路，雙凸極電機三相位 置信號中任意一相位置信號經過鎖相倍頻電路進行m倍倍頻處理得到倍頻信號；將三相位 置信號與倍頻信號連接至DSP處理器捕獲埠進行採集處理。具體方法是將功率開關管 Sl-S6構成三相橋式驅動電路，功率開關管Sl與S4，功率開關管S3與S6，功率開關管S5與 S2進行串聯作為雙凸極電機的A相、B相和C相驅動橋臂。各相橋臂中點與各相繞組相連。 雙凸極電機的A相位置信號PA與DSP微處理器捕獲埠 CAP1和邏輯鎖相環晶片CC4046的 AIN端相連，B相位置信號PB與DSP微處理器捕獲埠 CAP2相連，C相位置信號PC與DSP 微處理器捕獲埠 CAP3、CAP4相連，CAP4還可用來計算電機轉速。邏輯鎖相環晶片CC4046 的倍頻信號VC0UT與十二進位計數器CC4040的CLK相連，將倍頻信號送至DSP微處理器捕 獲埠 CAP6。邏輯鎖相環晶片CC4046的BIN與Qn相連(n = l…12，即將AIN的信號分 頻，使倍頻信號VC0UT的頻率是AIN信號的2n倍，圖1中n = 9) 。 DSP微處理器的六個P麗 口輸出信號P麗l P麗6分別送到驅動電路，得到驅動功率開關管的六個驅動信號DR1 DR2，分別與功率開關管Sl-S6的柵極或門極相連。其中功率開關管Sl S6這6個功率 開關管可用M0SFET或IGBT， Dl D6這六個續流二極體可為M0SFET的體二極體或外並二 極管。十二進位計數器CC4040與邏輯鎖相環晶片CC4046構成鎖相倍頻電路，鎖相的目的 為了能得到與被處理位置信號相同的上升沿，而進行m倍倍頻則是使檢測到的位置信號所 代表的電角度得到細分，以便進行移相角和交錯角度值的精確計算定位。角度值定位的精度與倍頻數m有關，m越大，精度值越高，精度為360/m電角度。圖1中，m = 29 = 512，A相 位置信號PA連接至DSP微處理器捕獲埠 CAP1和鎖相環CC4046的信號輸入端AIN ;B相 位置信號PB連接至DSP微處理器捕獲埠 CAP2。 C相位置信號PC連接至DSP微處理器捕 獲埠 CAP3、CAP4。邏輯鎖相環晶片CC4046輸出信號與十二進位計數器CC4040的CLK端 相連輸出A相位置信號PA的倍頻信號，送至DSP微處理器捕獲埠 CAP6 ;DSP微處理器捕 獲埠 CAP1、CAP2、CAP3分別檢測雙凸極電機三相位置信號的下降沿，DSP微處理器捕獲端 口 CAP4可用於計算轉速；DSP微處理器捕獲埠 CAP6用於捕獲接收倍頻信號VCOUT，計算 倍頻信號脈衝數。邏輯鎖相環晶片CC4046的BIN端與十二進位計數器CC4040的Q9相連， 當邏輯鎖相環晶片CC4046鎖定時，BIN信號(即Q9信號)始終跟隨AIN信號，兩者信號一 致，頻率相等。而對十二進位計數器CC4040而言，CLK信號頻率f。與Q9信號頻率f有如下 關係f。 = 29f ，因此在十二進位計數器CC4040的時鐘輸入端(即VCO的輸出)得到倍頻 信號的頻率為512倍的輸入信號頻率，若將邏輯鎖相環晶片CC4046輸出端VCOUT與Q8相 連，則倍頻信號頻率為28 = 2 56倍倍頻，以此類推，倍頻數的確定主要由應用的精度和DSP 微處理器CAP捕獲埠檢測的分辨能力決定。同時，十二進位計數器CC4040也可採用其它 形式的計數器晶片。 以下結合圖2 5來說明雙凸極電機移相交錯角度控制的軟體實現首先根據 角度值與脈衝之間的關係制定角度脈衝關係表，確定不同對應角度值下的脈衝數pulse— n (或、、k》，然後導入DSP微處理器的RAM區，以便調用。相對於標準角度控制下的移相角 a與後移脈衝數、、與前一導通開關管驅動信號之間的交錯角e與後移脈衝數^的相互 對應關係表示如下A -1 ,A^ =——
1 3602 360 移相角a可以滿足aX)，a二0或a〈0，9滿足9 > 0。 按照圖4-5軟體流程圖，通過DSP處理器捕獲埠捕捉雙凸極電機各相的位置信
號下降沿，採用檢測下降沿的控制方法，調用DSP微處理器中的角度脈衝關係表中的對應
數值，重新設置換相控制邏輯與採用硬體鎖相倍頻電路來實現功率開關管的開通、關斷信
號，同時實現移相角a和交錯角e的精確計算。雙凸極電機A相的下降沿被作為功率開
關管S5、 S6依次開通和功率開關管S3、 S4依次關斷的基準信號；B相的下降沿被作為功率
開關管Sl、 S2依次開通和功率開關管S5、 S6依次關斷的基準信號；C相的下降沿被作為功
率開關管S3、S4依次開通和功率開關管S1、S2依次關斷的基準信號。根據移相角a從角
度脈衝關係表中讀取相對應的後移脈衝數b，將、值賦給變量對應角度下的脈衝數，調用
DSP微處理器中的角度後移子程序後將功率開關管的相應驅動邏輯信號輸出埠置低電平
和高電平，實現雙凸極電機相位置信號下降沿延後60-a電角度；根據交錯角e從角度脈
衝表中讀取相對應的後移脈衝數b，將k2值賦給變量對應角度下的脈衝數，調用角度後移
子程序後將功率開關管的相應驅動邏輯信號輸出埠置低電平和高電平；實現雙凸極電機
相位置信號下降延後交錯角e電角度 具體流程如下當DSP微處理器捕獲埠 CAP2檢測到雙凸極電機B相位置信號PB 的下降沿時，根據要移相角a從角度脈衝表中讀取相對應的脈衝數、，將、值賦給變量對 應角度下的脈衝數pulse—n，調用DSP微處理器中的角度後移子程序後，將功率開關管S5的
5驅動邏輯信號輸出接口 P麗5輸出埠置低電平，將功率開關管SI的驅動邏輯信號輸出接 口P麗1輸出埠置高電平，調用DSP微處理器中的角度後移子程序的作用是實現雙凸極電 機B相位置信號PB下降沿延後60-a電角度，然後讀取捕獲埠 CAP6的二級緩衝堆棧寄 存器CAP6FIF0的值，每讀取一次，就給計數標誌Flag加1，當Flag的數值等於對應角度下 的脈衝數pulse—n時返回；接著，根據與前一導通開關管驅動信號之間的交錯角e從角度 脈衝表中讀取相對應的脈衝數k2，將k2值賦給變量對應角度下的脈衝數pulSe_n，調用DSP 微處理器中的角度後移子程序後，將功率開關管S6的驅動邏輯信號輸出接口 P麗6輸出端 口置低電平，功率開關管S2的驅動邏輯信號輸出接口P麗2輸出埠置高電平；調用角度後 移子程序的作用是實現延後交錯角9電角度。 與上述類似，當DSP微處理器捕獲埠 CAP3檢測到雙凸極電機C三相位置信號 PC的下降沿時，根據要移相角a從角度脈衝表中讀取相對應的脈衝數、，調用角度後移子 程序，目的是實現雙凸極電機C三相位置信號PC下降沿延後60-a電角度，將P麗l輸出端 口置低電平，將P麗3輸出埠置高電平；接著，根據交錯角9從角度脈衝表中讀取相對應 的脈衝數^，調用角度後移子程序，目的是實現延後交錯角e電角度，將功率開關管S2的 驅動邏輯信號輸出接口 P麗2輸出埠置低電平，功率開關管S4的驅動邏輯信號輸出接口 P麗4輸出埠置高電平。 同理，當DSP微處理器捕獲埠 CAP1檢測到雙凸極電機A三相位置信號PA的下 降沿時，根據要移相角a從角度脈衝表中讀取相對應的脈衝數、，調用角度後移子程序，目 的是實現雙凸極電機A三相位置信號PA下降沿延後60-a電角度，將功率開關管S3的驅 動邏輯信號輸出接口 P麗3輸出埠置低電平，將功率開關 管S5的驅動邏輯信號輸出接口 P麗5輸出埠置高電平；接著，根據交錯角e從角度脈衝表中讀取相對應的脈衝數k2，調 用角度後移子程序，目的是實現延後交錯角9電角度，將功率開關管S4的驅動邏輯信號輸 出接口 P麗4輸出埠置低電平，功率開關管S6的驅動邏輯信號輸出接口 P麗6輸出埠置 高電平；至此，就完成了雙凸極電機移相交錯角度控制的軟體實現。 本發明基於三相橋式變換器驅動電機，在軟體上功率開關管的開通和關斷時序發 生了改變，即換相控制邏輯和開關管的控制信號發生變化，採用換相控制以實現雙凸極電 機的提前換相；在硬體上採用與提前角度控制一樣的鎖相倍頻以實現移相角度和交錯角度 值的精確計算。
權利要求
一種雙凸極電機移相交錯角度控制方法，其特徵是採用如下步驟1)將十二進位計數器CC4040和邏輯鎖相環晶片CC4046構成鎖相倍頻電路，雙凸極電機三相位置信號中任意一相位置信號經過鎖相倍頻電路進行m倍倍頻處理得到倍頻信號；將三相位置信號與倍頻信號連接至DSP處理器捕獲埠；2)建立相對於標準角度控制下的移相角α、與雙凸極電機的前一導通功率開關管驅動信號之間的交錯角θ和倍頻信號脈衝數的角度脈衝關係表如下， k 1= m ( 60 - ) 360, k 2= m 360, θ＞0k1——相對於標準角度控制下的後移脈衝數；k2-與前一導通功率開關管驅動信號之間的後移脈衝數；將所述角度脈衝關係表導入DSP微處理器；3)通過DSP處理器捕獲埠捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關管通斷的基準信號，調用角度脈衝關係表重新設置換相控制來實現雙凸極電機的功率開關管的通斷信號，並計算移相角α和交錯角θ。
2.根據權利要求1所述的雙凸極電機移相交錯角度控制方法，其特徵是步驟3)所述 調用角度脈衝關係表重新設置換相控制的方法為根據移相角a從角度脈衝關係表中讀 取相對應的後移脈衝數、，將、值賦給變量對應角度下的脈衝數，調用DSP微處理器中的 角度後移子程序後將功率開關管的相應驅動邏輯信號輸出埠置低電平和高電平，實現雙 凸極電機相位置信號下降沿延後60-a電角度；根據交錯角e從角度脈衝表中讀取相對應 的後移脈衝數b，將k2值賦給變量對應角度下的脈衝數，調用角度後移子程序後將功率開 關管的相應驅動邏輯信號輸出埠置低電平和高電平；實現雙凸極電機相位置信號下降延 後交錯角e電角度。
全文摘要
本發明公開了一種雙凸極電機移相交錯角度控制方法，將十二進位計數器和邏輯鎖相環晶片構成鎖相倍頻電路，三相位置信號中任意一相位置信號經過鎖相倍頻電路進行m倍倍頻處理得到倍頻信號；將三相位置信號與倍頻信號連接至DSP處理器捕獲埠；建立移相角α、交錯角θ和倍頻信號脈衝數的角度脈衝關係表並導入DSP微處理器，通過DSP處理器捕獲埠捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關管通斷的基準信號，調用角度脈衝關係表重新設置換相控制來實現雙凸極電機的功率開關管的通斷信號並計算移相角α和交錯角θ。本發明消除了上下功率開關管之間的死區時間，既能保證雙凸極電機實現大的輸出轉矩，又能減小輸出轉矩的脈動，有效提高電機出力。
文檔編號H02P6/14GK101789739SQ201010124070
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月15日 優先權日2010年3月15日
發明者戴衛力, 楊紅雨, 黃國銘 申請人:河海大學常州校區