[發明專利]一種開關磁阻電機控制器優化設計

在審

• 申請號: 201711154427.7
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107872184A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 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: H02P25/086
• 分類號: H02P25/086;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控制，特別是控制器在角度優化電路的設計和電流斬波控制電路的優化設計。

背景技術

開關磁阻電機由于其獨特的物理結構，使其具有簡單堅實、易于制造、適合高速工作、容錯性能好、過載能力強、效率和比功率指標高、對蓄電池充電性能好、可控參數多、控制性能好等突出的優點，同時，在微電腦的控制下既能作電動機使用，又能作發電機使用，而且控制靈活，從而有可能將汽車的起動和發電機合二為一，簡化汽車結構，降低造價，提高功率和可靠性。國外從 80年代末開始的飛機用開關磁阻起動發電機已進行到產品試驗階段，國內對開關磁阻發電機的研究從90年代初開始，開始致力于開關磁阻發電機和飛機起動發電機的研究，并且用8031、80C196等控制芯片做了大量的實驗，較為系統地闡述了開關磁阻電機作為發電機運行的機理以及作為起動發電機的控制方法，并提出了一些優化控制的策略。目前對于開關磁阻發電機的研究，還都處于實驗室研究階段，研究的焦點大都集中于控制方法上。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有控制器中誤差率高的不足，本發明提供一種優化的控制器設計。本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括：

(1)角度優化電路設計

每隔15°總有一個跳變信號，因此可以把三相信號綜合成每隔15°跳變一次的綜合信號。利用綜合信號的某個跳變作為基準，通過一個可調節的延時電路，再加上適當的數模組合電路綜合出一個三相控制信號，這三相控制信號可以通過調節延時電路的延時時間來實現關斷角的調節。

(2)閉環角度位置控制電路的設計

增加了一個PI調節器，用以自動調節電容C2的放電電流，達到控制開通角的目的，因此，這里的三極管Q2工作在放大區，而不是飽和區。圖中U_f是反饋值，如果需要電流調節，那么此反饋值應該是母線電流，如果是電壓調節，那就應該是母線電壓。圖中U_r則是控制電路的基準值，整個PI調節器的模型如下式所示。

(3)電流斬波控制電路的設計

電流斬波是一種電流保護的方式，因此即使是角度位置控制方式，電流斬波電路作為電流保護也是需要的，同時，由于電流斬波的實質是控制開關磁阻發電機勵磁相電流的大小，而相電流的大小又將直接關系到輸出功率的大小。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是關斷角優化電路。

圖2是關斷角角優化時序圖。

圖3是角度位置控制電路。

圖4是角度位置控制時序。

圖5是電流斬波控制電路。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括：

(1)角度優化電路設計

在開關磁阻發電系統中，關斷角對輸出功率的影響比較敏感，并且有個最優點，這個最優點基本不隨轉速的變化而變化，而開通角卻不一樣，在開通角變化的相當大的范圍內，和輸出功率有著較好的線性關系，因此，開通角適合作為角度位置反饋控制的控制量，而為了保證關斷角能在最優點附近，事前需要對關斷角進行優化，為此，專門設計了一個關斷角的優化電路。此電路的設計思想是這樣的：每隔15°總有一個跳變信號，因此可以把三相信號綜合成每隔15°跳變一次的綜合信號。利用綜合信號的某個跳變作為基準，通過一個可調節的延時電路，再加上適當的數模組合電路綜合出一個三相控制信號，這三相控制信號可以通過調節延時電路的延時時間來實現關斷角的調節，電路設計如圖1所示。

當綜合信號發生上跳變，首先必有一相位置信號發生上跳變，同時，用于電流驅動的晶體管Q1飽和開通，+5V電壓通過二極管D2給電容C1迅速充電，就在電容C1充至LM339基準電壓前的一瞬間，74LS373為高電平，因此某相的上跳變位置信號可以順利通過74LS373，反映到輸出端，當電容C1充至基準電壓后，LM339輸出低電平，74LS373鎖存狀態；當綜合信號下跳變時，也一定有一相位置信號發生下跳變，此時電容通過電阻R6和二極管D1放電，放電時間可以通過調節R6來改變，因此LM339輸出的翻轉也就有個延時，那么某相發生的位置信號下跳變也得延時通過74LS373，利用這個延時原理，又對各相位置信號進行充分的邏輯綜合和利用，就得出了一組關斷角可以調節的三相開關信號，具體時序如圖2所示。