專利名稱：雙凸極電機移相交錯角度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)
字控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，雙凸極電機包括永磁、電勵磁，混合勵磁、雙定子結(jié)構(gòu)等不同勵磁方式和結(jié) 構(gòu)。對雙凸極電機的電動控制，一般采用標準角度控制，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(zhuǎn)矩較小。為了提高雙凸極電機在 中、高速下的出力，常采用提前角度控制，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(qū)時間，會使電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)有控制的 基礎(chǔ)上改善轉(zhuǎn)矩脈動，通過采用移相交錯角度控制消除死區(qū)時間，從而消除標準角度控制 和提前角度控制由于死區(qū)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將十二進制計數(shù)器CC4040和邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046 構(gòu)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(jīng)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處理器捕獲端口 ；建立 相對于標準角度控制下的移相角a 、與雙凸極電機的前一導(dǎo)通功率開關(guān)管驅(qū)動信號之間的 交錯角9和倍頻信號脈沖數(shù)的角度脈沖關(guān)系表并導(dǎo)入DSP微處理器，通過DSP處理器捕獲 端口捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關(guān)管通斷的基準信號，調(diào)用角度脈 沖關(guān)系表重新設(shè)置換相控制來實現(xiàn)雙凸極電機的功率開關(guān)管的通斷信號，并計算移相角a 和交錯角e 。 本發(fā)明的技術(shù)效果是 1、本發(fā)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后時序關(guān)系， 能合理地調(diào)節(jié)移相角和交錯角，既能保證雙凸極電機實現(xiàn)大的輸出轉(zhuǎn)矩，又能減小輸出轉(zhuǎn) 矩的脈動，有效提高電機出力，簡單易實現(xiàn)。 2、通過鎖相倍頻后的脈沖數(shù)進行角度定位計算，從而制造出變換器相應(yīng)開關(guān)管的 驅(qū)動信號的上升沿與下降沿，采用下降沿檢測能實現(xiàn)最大移相角范圍為120度電角度(即 a =+60° a =-60° )，實現(xiàn)了角度細分，有效地保證移相角和交錯角的精度。 3、軟件實現(xiàn)上消除了上、下功率開關(guān)管之間的死區(qū)時間，不需要插入死區(qū)時間，確 定開關(guān)角簡單迅速，能靈活自如地設(shè)定移相角和交錯角，且可通過改變移相角度來實現(xiàn)相 對電機相電勢提前或滯后開通，使得電機實現(xiàn)大輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，轉(zhuǎn)矩脈動得以大幅度 改善，電機的運行性能得以優(yōu)化。 4、可應(yīng)用于調(diào)速或驅(qū)動系統(tǒng)，提高電機的帶載能力，優(yōu)化電機的輸出功率，有很好的應(yīng)用價值和推廣前景。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步詳細說明。
圖1是雙凸極電機系統(tǒng)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(guān)管；D1 D6-六 個續(xù)流二極管；A、B、C-雙凸極電機三相繞組；DR1 DR6-分別為功率開關(guān)管Sl S6的驅(qū) 動信號；P麗1 P麗S-分別為各控制策略下功率開關(guān)管Sl S6的驅(qū)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 -相對于標準角度控制下的移相角；e -與前一導(dǎo)通開關(guān)管驅(qū)動 信號之間的交錯角；CAP1 CAP4、CAP6-DSP微處理器捕獲端口 ；CC4046_邏輯鎖相環(huán)芯片； CC4040-十二進制計數(shù)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(qū)動邏輯 信號輸出接口 ；CAP6FIF0-DSP芯片CAP6的二級緩沖堆棧寄存器；Flag-計算分頻脈沖個數(shù) 標志；pulse—n-對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)。
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件與硬件相結(jié)合而成。硬件部分包括將 十二進制計數(shù)器CC4040和邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046構(gòu)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(jīng)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處理器捕獲端口進行采集處理。具體方法是將功率開關(guān)管 Sl-S6構(gòu)成三相橋式驅(qū)動電路，功率開關(guān)管Sl與S4，功率開關(guān)管S3與S6，功率開關(guān)管S5與 S2進行串聯(lián)作為雙凸極電機的A相、B相和C相驅(qū)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微處理器捕獲端口 CAP1和邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046的 AIN端相連，B相位置信號PB與DSP微處理器捕獲端口 CAP2相連，C相位置信號PC與DSP 微處理器捕獲端口 CAP3、CAP4相連，CAP4還可用來計算電機轉(zhuǎn)速。邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046 的倍頻信號VC0UT與十二進制計數(shù)器CC4040的CLK相連，將倍頻信號送至DSP微處理器捕 獲端口 CAP6。邏輯鎖相環(huán)芯片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(qū)動電路，得到驅(qū)動功率開關(guān)管的六個驅(qū)動信號DR1 DR2，分別與功率開關(guān)管Sl-S6的柵極或門極相連。其中功率開關(guān)管Sl S6這6個功率 開關(guān)管可用M0SFET或IGBT， Dl D6這六個續(xù)流二極管可為M0SFET的體二極管或外并二 極管。十二進制計數(shù)器CC4040與邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046構(gòu)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(shù)m有關(guān)，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微處理器捕獲端口 CAP1和鎖相環(huán)CC4046的信號輸入端AIN ;B相 位置信號PB連接至DSP微處理器捕獲端口 CAP2。 C相位置信號PC連接至DSP微處理器捕 獲端口 CAP3、CAP4。邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046輸出信號與十二進制計數(shù)器CC4040的CLK端 相連輸出A相位置信號PA的倍頻信號，送至DSP微處理器捕獲端口 CAP6 ;DSP微處理器捕 獲端口 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可用于計算轉(zhuǎn)速；DSP微處理器捕獲端口 CAP6用于捕獲接收倍頻信號VCOUT，計算 倍頻信號脈沖數(shù)。邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046的BIN端與十二進制計數(shù)器CC4040的Q9相連， 當邏輯鎖相環(huán)芯片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。而對十二進制計數(shù)器CC4040而言，CLK信號頻率f。與Q9信號頻率f有如下 關(guān)系f。 = 29f ，因此在十二進制計數(shù)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(huán)芯片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(shù)的確定主要由應(yīng)用的精度和DSP 微處理器CAP捕獲端口檢測的分辨能力決定。同時，十二進制計數(shù)器CC4040也可采用其它 形式的計數(shù)器芯片。 以下結(jié)合圖2 5來說明雙凸極電機移相交錯角度控制的軟件實現(xiàn)首先根據(jù) 角度值與脈沖之間的關(guān)系制定角度脈沖關(guān)系表，確定不同對應(yīng)角度值下的脈沖數(shù)pulse— n (或、、k》，然后導(dǎo)入DSP微處理器的RAM區(qū)，以便調(diào)用。相對于標準角度控制下的移相角 a與后移脈沖數(shù)、、與前一導(dǎo)通開關(guān)管驅(qū)動信號之間的交錯角e與后移脈沖數(shù)^的相互 對應(yīng)關(guān)系表示如下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軟件流程圖，通過DSP處理器捕獲端口捕捉雙凸極電機各相的位置信
號下降沿，采用檢測下降沿的控制方法，調(diào)用DSP微處理器中的角度脈沖關(guān)系表中的對應(yīng)
數(shù)值，重新設(shè)置換相控制邏輯與采用硬件鎖相倍頻電路來實現(xiàn)功率開關(guān)管的開通、關(guān)斷信
號，同時實現(xiàn)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(guān)管S5、 S6依次開通和功率開關(guān)管S3、 S4依次關(guān)斷的基準信號；B相的下降沿被作為功率
開關(guān)管Sl、 S2依次開通和功率開關(guān)管S5、 S6依次關(guān)斷的基準信號；C相的下降沿被作為功
率開關(guān)管S3、S4依次開通和功率開關(guān)管S1、S2依次關(guān)斷的基準信號。根據(jù)移相角a從角
度脈沖關(guān)系表中讀取相對應(yīng)的后移脈沖數(shù)b，將、值賦給變量對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)，調(diào)用
DSP微處理器中的角度后移子程序后將功率開關(guān)管的相應(yīng)驅(qū)動邏輯信號輸出端口置低電平
和高電平，實現(xiàn)雙凸極電機相位置信號下降沿延后60-a電角度；根據(jù)交錯角e從角度脈
沖表中讀取相對應(yīng)的后移脈沖數(shù)b，將k2值賦給變量對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)，調(diào)用角度后移
子程序后將功率開關(guān)管的相應(yīng)驅(qū)動邏輯信號輸出端口置低電平和高電平；實現(xiàn)雙凸極電機
相位置信號下降延后交錯角e電角度 具體流程如下當DSP微處理器捕獲端口 CAP2檢測到雙凸極電機B相位置信號PB 的下降沿時，根據(jù)要移相角a從角度脈沖表中讀取相對應(yīng)的脈沖數(shù)、，將、值賦給變量對 應(yīng)角度下的脈沖數(shù)pulse—n，調(diào)用DSP微處理器中的角度后移子程序后，將功率開關(guān)管S5的
5驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗5輸出端口置低電平，將功率開關(guān)管SI的驅(qū)動邏輯信號輸出接 口P麗1輸出端口置高電平，調(diào)用DSP微處理器中的角度后移子程序的作用是實現(xiàn)雙凸極電 機B相位置信號PB下降沿延后60-a電角度，然后讀取捕獲端口 CAP6的二級緩沖堆棧寄 存器CAP6FIF0的值，每讀取一次，就給計數(shù)標志Flag加1，當Flag的數(shù)值等于對應(yīng)角度下 的脈沖數(shù)pulse—n時返回；接著，根據(jù)與前一導(dǎo)通開關(guān)管驅(qū)動信號之間的交錯角e從角度 脈沖表中讀取相對應(yīng)的脈沖數(shù)k2，將k2值賦給變量對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)pulSe_n，調(diào)用DSP 微處理器中的角度后移子程序后，將功率開關(guān)管S6的驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗6輸出端 口置低電平，功率開關(guān)管S2的驅(qū)動邏輯信號輸出接口P麗2輸出端口置高電平；調(diào)用角度后 移子程序的作用是實現(xiàn)延后交錯角9電角度。 與上述類似，當DSP微處理器捕獲端口 CAP3檢測到雙凸極電機C三相位置信號 PC的下降沿時，根據(jù)要移相角a從角度脈沖表中讀取相對應(yīng)的脈沖數(shù)、，調(diào)用角度后移子 程序，目的是實現(xiàn)雙凸極電機C三相位置信號PC下降沿延后60-a電角度，將P麗l輸出端 口置低電平，將P麗3輸出端口置高電平；接著，根據(jù)交錯角9從角度脈沖表中讀取相對應(yīng) 的脈沖數(shù)^，調(diào)用角度后移子程序，目的是實現(xiàn)延后交錯角e電角度，將功率開關(guān)管S2的 驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗2輸出端口置低電平，功率開關(guān)管S4的驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗4輸出端口置高電平。 同理，當DSP微處理器捕獲端口 CAP1檢測到雙凸極電機A三相位置信號PA的下 降沿時，根據(jù)要移相角a從角度脈沖表中讀取相對應(yīng)的脈沖數(shù)、，調(diào)用角度后移子程序，目 的是實現(xiàn)雙凸極電機A三相位置信號PA下降沿延后60-a電角度，將功率開關(guān)管S3的驅(qū) 動邏輯信號輸出接口 P麗3輸出端口置低電平，將功率開關(guān) 管S5的驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗5輸出端口置高電平；接著，根據(jù)交錯角e從角度脈沖表中讀取相對應(yīng)的脈沖數(shù)k2，調(diào) 用角度后移子程序，目的是實現(xiàn)延后交錯角9電角度，將功率開關(guān)管S4的驅(qū)動邏輯信號輸 出接口 P麗4輸出端口置低電平，功率開關(guān)管S6的驅(qū)動邏輯信號輸出接口 P麗6輸出端口置 高電平；至此，就完成了雙凸極電機移相交錯角度控制的軟件實現(xiàn)。 本發(fā)明基于三相橋式變換器驅(qū)動電機，在軟件上功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷時序發(fā) 生了改變，即換相控制邏輯和開關(guān)管的控制信號發(fā)生變化，采用換相控制以實現(xiàn)雙凸極電 機的提前換相；在硬件上采用與提前角度控制一樣的鎖相倍頻以實現(xiàn)移相角度和交錯角度 值的精確計算。
權(quán)利要求
一種雙凸極電機移相交錯角度控制方法，其特征是采用如下步驟1)將十二進制計數(shù)器CC4040和邏輯鎖相環(huán)芯片CC4046構(gòu)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(jīng)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處理器捕獲端口；2)建立相對于標準角度控制下的移相角α、與雙凸極電機的前一導(dǎo)通功率開關(guān)管驅(qū)動信號之間的交錯角θ和倍頻信號脈沖數(shù)的角度脈沖關(guān)系表如下， <mrow><msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>m</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>60</mn> <mo>-</mo> <mi>α</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>360</mn></mfrac><mo>,</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>mθ</mi> <mn>360</mn></mfrac><mo>,</mo> </mrow>θ＞0k1——相對于標準角度控制下的后移脈沖數(shù)；k2-與前一導(dǎo)通功率開關(guān)管驅(qū)動信號之間的后移脈沖數(shù)；將所述角度脈沖關(guān)系表導(dǎo)入DSP微處理器；3)通過DSP處理器捕獲端口捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關(guān)管通斷的基準信號，調(diào)用角度脈沖關(guān)系表重新設(shè)置換相控制來實現(xiàn)雙凸極電機的功率開關(guān)管的通斷信號，并計算移相角α和交錯角θ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙凸極電機移相交錯角度控制方法，其特征是步驟3)所述 調(diào)用角度脈沖關(guān)系表重新設(shè)置換相控制的方法為根據(jù)移相角a從角度脈沖關(guān)系表中讀 取相對應(yīng)的后移脈沖數(shù)、，將、值賦給變量對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)，調(diào)用DSP微處理器中的 角度后移子程序后將功率開關(guān)管的相應(yīng)驅(qū)動邏輯信號輸出端口置低電平和高電平，實現(xiàn)雙 凸極電機相位置信號下降沿延后60-a電角度；根據(jù)交錯角e從角度脈沖表中讀取相對應(yīng) 的后移脈沖數(shù)b，將k2值賦給變量對應(yīng)角度下的脈沖數(shù)，調(diào)用角度后移子程序后將功率開 關(guān)管的相應(yīng)驅(qū)動邏輯信號輸出端口置低電平和高電平；實現(xiàn)雙凸極電機相位置信號下降延 后交錯角e電角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙凸極電機移相交錯角度控制方法，將十二進制計數(shù)器和邏輯鎖相環(huán)芯片構(gòu)成鎖相倍頻電路，三相位置信號中任意一相位置信號經(jīng)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處理器捕獲端口；建立移相角α、交錯角θ和倍頻信號脈沖數(shù)的角度脈沖關(guān)系表并導(dǎo)入DSP微處理器，通過DSP處理器捕獲端口捕捉雙凸極電機各相的位置信號下降沿作為功率開關(guān)管通斷的基準信號，調(diào)用角度脈沖關(guān)系表重新設(shè)置換相控制來實現(xiàn)雙凸極電機的功率開關(guān)管的通斷信號并計算移相角α和交錯角θ。本發(fā)明消除了上下功率開關(guān)管之間的死區(qū)時間，既能保證雙凸極電機實現(xiàn)大的輸出轉(zhuǎn)矩，又能減小輸出轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者戴衛(wèi)力, 楊紅雨, 黃國銘 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)