[發明專利]一種基于復雜可編程邏輯器的開關磁阻電機起動與發電控制系統

在審

• 申請號: 201711154426.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107800335A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 史兵;王朋;朱益飛;喬建光
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H02P6/20
• 分類號: H02P6/20;H02P6/17;H02P25/092
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及開關磁阻電機起動/發電控制系統領域，特別基于復雜可編程邏輯器(CPLD)控制的控制系統。

背景技術

本文提出的用于SR電機起動/發電系統的數模混合控制裝置是以復雜可編程邏輯器件CPLD為基礎的，CPLD作為系統控制的核心，它的有效與否，直接決定了系統的整體性能，因此起著十分重要的作用。

近幾十年來，數字集成電路得到了飛速發展和廣泛應用，隨著微電子技術和EDA技術的發展，可編程邏輯器件PLD應運而生，從20世紀70年代發展到現在,已形成了許多類型的產品,其結構、工藝、集成度、速度和性能等都在不斷改進和提高。該器件作為通用的集成電路芯片在通信、電子、自動化等領域獲得了廣泛的應用，CPLD控制技術也相繼出現，并成為繼單片機和PLC之后的又一種新興控制模式，在電機控制領域(特別是磁阻電機控制)的應用也越來越廣泛。

PLD器件的發展經歷了低密度和高密度兩個階段。低密度的PLD器件(如GAL芯片)只能實現規模較小的電路，完成非常簡單的功能。在20世紀80年代中期，出現了高密度的PLD器件，即復雜可編程邏輯器件CPLD和現場可編程門陣列FPGA,并出現了相應的開發軟件平臺，與低密度的器件相比，CPLD和FPGA具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高和在線編程(ISP)等優點，而且比專用集成電路ASIC設計開發周期短、設計制造成本低。高密度PLD器件的出現及設計工具軟件的不斷改進，極大地推動了可編程邏輯器件的廣泛應用。

近年來，隨著集成電路的深亞微米制造技術和設計技術的發展，集成電路進入了片上系統(System On a Chip－SOC)，即所謂的系統級時代。SOC技術在單一芯片上實現了過去需要多片集成電路才能完成的功能，大大提高了系統性能并降低了系統的功耗。隨著SOC技術的發展，出現了面向SOC的PLD器件，目前SOC PLD芯片的密度已達千萬門，為SOC的廣泛應用提供了堅實的基礎。

目前世界上有十幾家生產PLD的公司，其中Altera，Xilinx，Lattice-Vantis三家公司為全球最大的PLD生產商，而Altera和Xilinx公司則占有了60％以上的市場份額，它們的產品品種齊全，開發簡單，產品采購和技術支持都比較方便，因此成為主流產品，可以說Altera和Xilinx共同決定了PLD技術發展的方向。在所有的PLD產品中，不同公司的產品在結構上不盡相同，其中Xilinx公司的FPGA和Altera公司的CPLD產品結構最有特點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有技術中控制器控制效果不理想的不足，本發明提供一種基于CPLD的開關磁阻電機起動/發電控(SRD/G)制系統方案，包括：

(1)控制系統的組成

該系統主要由汽車發動機、三相SR電機、24V低壓蓄電池組、功率變換電路和CPLD控制器及其外圍電路構成,其中CPLD控制器及其外圍電路為系統的核心部分,蓄電池在系統中作為能量緩沖器，當開關磁阻電機做電動運行時為其提供勵磁，當開關磁阻電機做發電運行時吸收電機發出的電能，如圖1所示。

(2)控制單元的設計

CPLD的控制單元模塊主要完成電機運行狀態的自動切換，以實現SR電機起動/助力/發電的一體化。本系統采用改進的Moore型有限狀態機進行控制單元的設計，改進的Moore型有限狀態機省掉了輸出邏輯部分，信號直接從狀態寄存器輸出，減小了毛刺信號發生的概率，提高了控制信號轉換的可靠性。SR電機運行按狀態轉換表進行轉換。

(3)驅動脈沖的產生及輸出

開關磁阻電機的驅動脈沖信號是由轉子位置信號綜合而成，如圖2所示。圖中A、B、C為三相位置信號，其初始角度為27°，Z1為綜合位置信號，A1、B1、C1為電動狀態時的三相驅動信號，其初始開通關斷角度為－3°—42°，YA、YB、YC為發電狀態時的三相驅動信號，其初始開通關斷角度為－27°—57°。綜合而成的驅動信號經脈寬調制輸出，可直接輸送至功率變換的驅動電路，生成最終的驅動脈沖。

(4)速度的數字檢測

間隔式T法測速遵循如下原理：電機轉速是連續變化的，相鄰兩個位置脈沖的寬度總是近似相等的。使用該測速方式，只需一個計數器即可，它在光電輸出脈沖的上升沿啟動計數，并在相鄰脈沖的上升沿停止計數和清零，其測速的時序原理如圖3所示。間隔式T法測速的計算方法同T法測速，其測量誤差主要取決于基準時鐘脈沖頻率，減小誤差并提高測量精度的有效方法就是提高時基脈沖頻率。

(5)轉子位置檢測