專利名稱：一種開關磁阻電機的旋轉位置控制方法和控制裝置的制作方法
一種開關磁阻電機的旋轉位置控制方法和控制裝置方法
技術領域：
本發明涉及一種電機的控制方法，尤其涉及一種開關磁阻電機的旋轉 位置控制方法和控制裝置。背景技術：
在電動轎車上，當車處于駐車檔位(P檔)時，控制系統將帶動電機 對變速箱的機械結構進行鎖止，從而達到駐車的目的。由于步進電機的電 脈沖數與電機的機械角位移量成正比，其控制方式是采用數走步脈沖來進 行控制電機的運行步數，所以通常采用步進電機作為P檔的鎖止電機，能 夠控制確保電機旋轉到正確的位置。但由于步進電機帶負載能力不強，在 負載變化時電機容易產生失步現象，轎車在駐車時由于路況不一樣時鎖止 和解鎖變速箱時的負載會有所不同，且車上的供電會由整車的電氣負載不 同會有所波動。因而在駐車時步進電機容易產生失步現象。
發明內容
本發明的主要目的就是解決現有技術中的問題，提供一種開關磁阻電 機的旋轉位置控制方法和控制裝置，在電動轎車上，采用開關磁阻電機作 為P檔的鎖止電機，結合開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，能夠使電機 旋轉到正確的位置。
為實現上述目的，本發明提供一種開關磁阻電機的旋轉位置控制方法， 包括以下步驟
Al、接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控制命令；
Bl、將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初始位置相比較，如 果一致，則執行步驟C1，如果不一致，則執行步驟D1;
Cl、開關磁阻電機不執行控制命令；
Dl、根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出的P麗波的脈沖數， 并按照計算的脈沖數輸出PWM波，驅動開關磁阻電機旋轉。 在所述步驟D1中，還可以進一步包括以下步驟
Dll、根據開關磁阻電機的初始位置與控制命令中指定的特定位置計算 出開關磁阻電機的旋轉方向和需要轉過的預定角度；
D12、根據預定角度和開關磁阻電機在每個P麗波脈沖驅動下轉過的角 度計算出需要的P麵波的脈沖數。
其中，在所述步驟D1之后還包括以下步驟
根據開關磁阻鬼機的位于同一圓周上的第一、二位置傳感器輸出的信 號判斷開關磁阻電機的旋轉方向。
在進一步改進的實施例中，在所述步驟D1之后還包括以下步驟
El、根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號中的至少一 者檢測開關磁阻電機的當前位置；
Fl、將開關磁阻電機的當前位置和特定位置相比較，如果一致，則停 止輸出P麗波，控制開關磁阻電機停止旋轉，如果不一致，則繼續輸出P麗 波。
其中，在所述步驟E1中，根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸 出的信號中的至少一者檢測開關磁阻電機旋轉的實際角度；在步驟F1中， 將實際角度和開關磁阻電機需要轉過的預定角度相比較，如果一致，則停 止輸出P麗波，控制開關磁阻電機停止旋轉，如果不一致，則繼續輸出P觀 波。
在進一步優選的實施例中，所述步驟E1包括以下步驟 Ell、根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號檢測其相位 差為T/X，其中，T為第一、二位置傳感器輸出信號的周期，X為大于0的
數；
E12、計算第一、二位置傳感器輸出信號的上升沿產生的時間間隔的比
例關系為l: (X-l);
E13、判斷比例關系是否滿足1:X1〈1: (X-1) 〈1:X2，如果滿足，則該 上升沿為有效的上升沿，否則認為是失步，其中，XI、 X2為根據開關磁阻 電機實際制造過程中的誤差設置的兩個數；
E14、計算有效的上升沿數量，根據有效的上升沿數量計算開關磁阻電 機旋轉過的實際角度。
還可以進一步包括以下步驟在第一、二位置傳感器故障時，通過開 關磁阻電機的第三位置傳感器輸出的信號檢測開關磁阻電機旋轉的實際角 度。
所述第一、二、三位置傳感器為霍爾傳感器。
在步驟B1中，開關磁阻電機的初始位置在系統上電時從非易失性存儲 器中讀出；并將開關磁阻電機旋轉后停止的當前位置存入非易失性存儲器
中作為開關磁阻電機的下一個初始位置。
本發明同時提供一種開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置,包括:處理模 塊，用于接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控制命令；第一比較模 塊，用于將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初始位置相比較；計 算模塊，用于根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出的P麗波的脈沖 數；PWM波產生模塊，用于按照計算的脈沖數輸出P簡波，以驅動開關磁 阻電機旋轉。
其中，所述計算模塊包括用于根據開關磁阻電機的當前位置與控制 命令中指定的特定位置計算出開關磁阻電機的旋轉方向和需要轉過的預定 角度的第一計算單元；用于根據預定角度和開關磁阻電機在每個P麗波脈 沖驅動下轉過的角度計算出需要的P觀波的脈沖數的第二計算單元。
在進一步改進的實施例中，所述開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置還 包括用于根據開關磁阻電機的位于同一圓周上的第一、二位置傳感器輸
出的信號判斷開關磁阻電機的旋轉方向的旋轉方向判斷模塊；用于根據開
關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號中的至少一者檢測開關磁阻
電機旋轉的實際角度的角度檢測模塊；用于將實際角度和開關磁阻電機需 要轉過的預定角度相比較的第二比較模塊，所述第二比較模塊在比較結果 為一致時，則控制P麗波產生模塊停止輸出P麗波，控制開關磁阻電機停 止旋轉，在比較結果為不一致時，則控制P麗波產生模塊繼續輸出PWM波。
本發明的有益效果是采用開關磁阻電機作為汽車的P檔鎖止電機，
并采用輸出特定的p麗脈沖數的數走步脈沖的控制方式來進行控制，在本 發明中采用了位置檢測裝置來進行電機的旋轉位置檢測，能夠檢測出電機 的正反轉及其失步數并根據失步數來輸出相應數量的p碰波，可在控制中 對電機失步進行補償，提高了開關磁阻電機的位置控制精度。

圖l是本發明的控制系統框圖2是本發明的控制系統程序流程圖； 圖3是本發明中的電機霍爾信號圖； 圖4是本發明中的電機霍爾位置圖； 圖5是本發明中控制裝置的結構示意圖。
具體實施方式
傳統的開關磁阻電機控制用變頻調速，對電機的轉速及輸出功率進行 綜合控制，其穩定的工作區均是在中高速區(大于1000轉/分鐘)。在低區，傳統的開關磁阻電機控制方法采用"電壓PWM控制"，即用速度設定值 與實際速度之差調制直流電壓加在導通相繞阻的有效時間來改變外施電壓 的有效值，進而改變轉矩。
本發明中開關磁阻電機的控制方式采用數走步脈沖的方式，本發明的 特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
P檔電機控制器的鎖止位置是指，當變速箱處于鎖止狀態(即變速機 構不能轉動)時，P檔電機所處的位置。P檔電機控制器的解鎖位置是指， 當變速箱處于解鎖狀態(即變速機構能正常轉動)時，P檔電機所處的位 置。
本系統的總體框圖如附圖1所示，其中虛線內的為本系統的各個單元， 其中包含一個CAN收發器電路Ul、 一個中央處理器U2、霍爾信號采集電路 U3、脈沖調制電路U4及P檔電機U5。車輛控制ECU (U0)根據車況通過 CAN總線發送控制命令，由CAN收發器U1將命令報文轉發給中央處理器U2， 中央處理器U2根據報文命令來控制電機的鎖止和解鎖。中央處理器U2在 操作P檔電機U5時，P檔電機U5的位置信號是由電機中的霍爾傳感器傳 出來的電信號，此電信號經過霍爾信號采集電路U3(霍爾信號采集電路U3 是用于對霍爾信號進行濾波，并通過U2的捕捉口進行捕獲霍爾的脈沖信號) 處理后送于中央處理器U2中，中央處理器U2處理由霍爾信號采集電路U3 的信號，再計算P檔電機U4正轉的步數或反轉的步數，及電機的失步數量。 然后中央處理器Ul進行相應的處理，控制P檔電機達到最終的鎖止和解鎖 的位置。本實施例中，P檔電機采用開關磁阻電機。
本控制器中控制系統軟件控制流程如下
軟件的控制流程如附圖2所示當汽車的駕駛員開啟點火開關時進入 步驟S100，在步驟S100，控制器上電初始化及電機自診斷，首先讀取P 檔電機U5的初始位置狀態信息，即是處于鎖止位置或是解鎖位置；并根據 電機驅動管的電壓檢測來判斷脈沖調制電路U4是否正常；然后通過控制P 檔電機U5進行若干步正轉和若干步反轉(此操作只有控制器在上電初始化 時才進行操作，步數可根據需要設定，但不得大于操作電機的鎖止總步數 的1/10)，檢測位置P檔電機霍爾信號和霍爾信號采集電路U3是否正常工 作。如若正常工作則進入步驟S200;如若不能正常工作，則報故障并停止 P檔電機U5工作。
在步驟S200，通過CAN收發器Ul接收到車輛ECU發出的控制命令，該控制命令是控制P檔電機旋轉到特定位置(例如鎖止位置或解鎖位置)，
當接收到控制命令時，則執行步驟S300。
在步驟S300，判斷控制命令中的特定位置和P檔電機U5的初始位置 是否一致，如若控制命令與當前電機狀態不一致時(如當電機處于解鎖位 置時，控制命令為鎖止命令；或電機處于鎖止位置，控制命令為解鎖命令) 進入步驟S400,如若P檔電機U5處于鎖止狀態就不再執行鎖止命令，若P 檔電機U5處于非鎖止狀態不再執行解鎖命令。
在步驟S400，根據P檔電機U5的初始位置與控制命令中指定的特定 位置計算出P檔電機U5的旋轉方向和需要轉過的預定角度;并根據預定角 度和P檔電機U5在每個P觀波脈沖驅動下轉過的角度計算出需要的P碰 波的脈沖數。
在S500，輸出P麗波型，采用PWM脈沖寬度調制技術，通過對一系列 脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。此步驟 根據S400計算出的脈沖數來輸出解鎖電機脈沖和鎖止電機脈沖信號及脈 沖的數量。即為控制P檔電機U5正轉和反轉。
在S600,對電機中的三個霍爾傳感器輸出的信號進行采集，此三路霍 爾信號是三個相位不同的脈沖信號，具體如圖3所示，霍爾信號經過霍爾信 號采集電路U3處理之后，由中央處理器用捕捉口來捕捉其電信號的上升沿 來進行位置霍爾信號的釆集。
在S700中，對采集到的霍爾信號進行判斷，看電機是否按控制的旋 向進行旋轉，及并判斷電機旋轉了多少角度，具體判斷方法見下文中。假 設電機鎖止的步數為Kl度，此步數由汽車變速箱內鎖止機構的結構所定，-如果判斷電機旋轉了 Kl度，(此開關磁阻電機自帶Q: 1的減速比)則認為 此電機達到鎖止位置或解鎖位置，則執行步驟S800。如若判斷電機的旋轉 未達到Kl度，則認為此電機未達到鎖止位置或解鎖位置，則轉向步驟S400， 根據電機的當前位置與特定位置的差距，計算出需要補充的P麗脈沖數， 對電機繼續追加驅動脈沖信號直到電機旋轉角度達到Kl度。
在S800中，對電機的操作成功后即對電機的當前位置狀態進行更新， 即記錄下當前P檔電機U5的狀態。并將此狀態寫入非易失性存儲器中作為 電機的下一個初始位置狀態信息，以保證上電初始化及掉電后仍可讀出P 檔電機U5的初始位置狀態。
P檔電機的第一、二、三霍爾傳感器輸出的信號具體如附圖3所示
其中A相和C相分別為第一、二霍爾傳感器輸出的信號，這兩個信號
用來進行判斷電機的正轉與反轉，具體判斷方法如下如果C相超前A相
則為向解鎖方向旋轉，假設為正轉。如A相超前C相則為向鎖止方向旋轉， 假設為反轉。因設備存在一定誤差，所以實際應用中，可以在C相超前A 相一定值后判斷為向解鎖方向旋轉，A相超前C相一定值后判斷為向鎖止 方向旋轉。B相為第三霍爾傳感器輸出的信號，第三霍爾傳感器為第一、 二霍爾傳感器輸出的信號異常時的備用傳感器。
因電機轉子上有一個M極的一個磁環，即此磁環360度上有M個N極， M個S極。由磁環的旋轉即可由附圖4上的位置霍爾傳感器產生霍爾信號。 具體產生的霍爾信號如圖3所示。因第一、二霍爾傳感器位于同一圓上， 所以A相和C相為同周期信號，而第三霍爾傳感器位于更小半徑的圓上， 所以B相的周期大于A相和C相。
當電機勻速進行旋轉時，如若向解鎖方向旋轉時C相超前A相1/X周 期(例如1/4)，其中X為大于O的數，則上升沿的產生的時間間隔的比例 關系為l: (X-l)(例如l: 3)的關系，由于P檔電機在制造時存在一個制造 公差，則在實際判斷中，則有一個誤差的補償，即當此比例關系大于h XI小于1: X2時則認為此上升沿為有效的解鎖上升沿，否則認為是失步， 其中X1〉X—1， X2<X—1，且X1、 X2可根據實際制造過程中的誤差來進 行相應的調整)(例如X^5， X2=2)。并通過統計有效的解鎖上升沿可知道 龜機旋轉的有效步數。當檢測到電機的有效鎖止步數未達到鎖止步數則控 制器補充不足的脈沖數。
當電機勻速進行旋轉時，如若鎖止方向旋轉時A相超前C相1/X周期 (例如1/4)，則上升沿產生的時間間隔的比例關系為1: (X-l)(例如l: 3) 的關系，由于P檔電機在制造時存在一個制造公差，則在實際判斷中，則 有一個誤差的補償，即當此比例關系大于l: Xl小于l: X2時，則認為此 上升沿為有效的鎖止上升沿，否則認為是失步(其中X1〉X—1， X2<X_1， 且X1、 X2可根據實際制造過程中的誤差來進行相應的調整)。并通過統計 有效的鎖止上升沿可知道電機旋轉的有效步數。當檢測到電機的有效鎖止 步數未達到鎖止步數則控制器補充不足的脈沖數。
其中A相和C相是對電機失步數、有效步數進行計數及對電機正反轉 進行判斷，B相為備用霍爾信號，僅當A相和C相霍爾脈沖失效后才做相 應的計數處理。當電機旋轉時，B相霍爾信號為對電機的旋轉步數進行計
數，僅起到一個備用霍爾的作用。
如圖5所示為控制器裝置的結構示意圖，包括處理模塊、第一比較模 塊和計算模塊。處理模塊用于接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控 制命令；第一比較模塊用于將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初 始位置相比較；計算模塊用于根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出 的PWM波的脈沖數；P麗波產生模塊用于按照計算的脈沖數輸出P麗波， 以驅動P檔電機旋轉。P麗波產生模塊可為脈沖調制電路。
其中，所述計算模塊包括用于根據開關磁阻電機的當前位置與控制 命令中指定的特定位置計算出開關磁阻電機的旋轉方向和需要轉過的預定 角度的第一計算單元；用于根據預定角度和開關磁阻電機在每個PWM波脈 沖驅動下轉過的角度計算出需要的PM波的脈沖數的第二計算單元。
在進一步改進的實施例中，所述開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置還
包括用于根據開關磁阻電機的位于同一圓周上的第一、二位置傳感器輸 出的信號判斷開關磁阻電機的旋轉方向的旋轉方向判斷模塊；用于根據開 關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號中的至少一者檢測開關磁阻 電機旋轉的實際角度的角度檢測模塊；用于將實際角度和開關磁阻電機需 要轉過的預定角度相比較的第二比較模塊，所述第二比較模塊在比較結果 為一致時，則控制PWM波產生模塊停止輸出PM/I波，控制開關磁阻電機停 止旋轉，在比較結果為不一致時，則控制P麗波產生模塊繼續輸出P麗波。
上述實施例中的第一、二、三霍爾傳感器還可以用其它位置傳感器替 代，例如光電編碼器等。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征在于包括以下步驟A1、接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控制命令；B1、將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初始位置相比較，如果一致，則執行步驟C1，如果不一致，則執行步驟D1；C1、開關磁阻電機不執行控制命令；D1、根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出的PWM波的脈沖數，并按照計算的脈沖數輸出PWM波，驅動開關磁阻電機旋轉。
2. 如權利要求1所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征 在于在所述步驟D1中，還包括以下步驟Dll、根據開關磁阻電機的初始位置與控制命令中指定的特定位置計 算出開關磁阻電機的旋轉方向和需要轉過的預定角度；D12、根據預定角度和開關磁阻電機在每個P麗波脈沖驅動下轉過的 角度計算出需要的P麗波的脈沖數。
3. 如權利要求2所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征 在于在所述步驟D1之后還包括以下步驟根據開關磁阻電機的位于同一圓周上的第一、二位置傳感器輸出的信 號判斷開關磁阻電機的旋轉方向。
4. 如權利要求3所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征在于在所述步驟D1之后還包括以下步驟El、根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號中的至少一 者檢測開關磁阻電機的當前位置；Fl、將開關磁阻電機的當前位置和特定位置相比較，如果一致，則停 止輸出P麗波，控制開關磁阻電機停止旋轉，如果不一致，則繼續輸出PWM 波。
5. 如權利要求4所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征 在于在所述步驟El中，根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出 的信號中的至少一者檢測開關磁阻電機旋轉的實際角度；在步驟Fl中， 將實際角度和開關磁阻電機需要轉過的預定角度相比較，如果一致，則停 止輸出P麗波，控制開關磁阻電機停止旋轉，如果不一致，則繼續輸出P麗 波。
6. 如權利要求5所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征 在于所述步驟E1包括以下步驟Ell、根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號檢測其相位差為T/X，其中，T為第一、二位置傳感器輸出信號的周期，X為大于0 的數；E12、計算第一、二位置傳感器輸出信號的上升沿產生的時間間隔的比例關系為l: (X-l);E13、判斷比例關系是否滿足1:X1〈1: (X-1) 〈1:X2，如果滿足，則該 上升沿為有效的上升沿，否則認為是失步，其中，XI、 X2為根據開關磁阻 電機實際制造過程中的誤差設置的兩個數；E14、計算有效的上升沿數量，根據有效的上升沿數量計算開關磁阻 電機旋轉過的實際角度。
7. 如權利要求4至6中任一項所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征在于還包括以下步驟在第一、二位置傳感器故障時，通過開關磁阻電機的第三位置傳感器輸出的信號檢測開關磁阻電機旋轉的 實際角度。
8. 如權利要求7所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征在于所述第一、二、三位置傳感器為霍爾傳感器。
9. 如權利要求1至6中任一項所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制方法，其特征在于在步驟Bl中，開關磁阻電機的初始位置在系統上電時從非易失性存儲器中讀出；并將開關磁阻電機旋轉后停止的當前位置存 入非易失性存儲器中作為開關磁阻電機的下一個初始位置。
10. —種開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置，其特征在于包括.-處理模塊，用于接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控制命令； 第一比較模塊，用于將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初始位置相比較；計算模塊，用于根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出的P麗波 的脈沖數；P麗波產生模塊，用于按照計算的脈沖數輸出P麗波，以驅動開關磁 阻電機旋轉。
11. 如權利要求10所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置，其特 征在于所述計算模塊包括用于根據開關磁阻電機的當前位置與控制命令中指定的特定位置計 算出開關磁阻電機的旋轉方向和需要轉過的預定角度的第一計算單元；用于根據預定角度和開關磁阻電機在每個PWM波脈沖驅動下轉過的角 度計算出需要的波的脈沖數的第二計算單元。
12.如權利要求10或11所述的開關磁阻電機的旋轉位置控制裝置， 其特征在于還包括用于根據開關磁阻電機的位于同一圓周上的第一、二位置傳感器輸出 的信號判斷開關磁阻電機的旋轉方向的旋轉方向判斷模塊；用于根據開關磁阻電機的第一、二位置傳感器輸出的信號中的至少一 者檢測開關磁阻電機旋轉的實際角度的角度檢測模塊；用于將實際角度和開關磁阻電機需要轉過的預定角度相比較的第二 比較模塊，所述第二比較模塊在比較結果為一致時，則控制P麗波產生模 塊停止輸出PWM波，控制開關磁阻電機停止旋轉，在比較結果為不一致時， 則控制P麗波產生模塊繼續輸出P碰波。
全文摘要
本發明公開了一種開關磁阻電機的旋轉位置控制方法及控制裝置，包括以下步驟A1.接收控制開關磁阻電機旋轉到特定位置的控制命令；B1.將控制命令中的特定位置和開關磁阻電機的初始位置相比較，如果一致，則執行步驟C1，如果不一致，則執行步驟D1；C1.開關磁阻電機不執行控制命令；D1.根據開關磁阻電機的初始位置計算應該輸出的PWM波的脈沖數，并按照計算的脈沖數輸出PWM波，驅動開關磁阻電機旋轉。本發明采用開關磁阻電機作為汽車的P檔鎖止電機，并采用輸出特定的PWM脈沖數的數走步脈沖的控制方式來進行控制，并可在控制中對電機失步進行補償，提高了開關磁阻電機的位置控制精度。
文檔編號H02P6/16GK101359889SQ20071007545
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優先權日2007年7月30日
發明者周旭光, 波 祖, 良 郭 申請人:比亞迪股份有限公司