一種新能源汽車用開關磁阻電機控制裝置的制作方法

本發明涉及一種電機控制裝置，尤指一種新能源汽車用開關磁阻電機控制裝置。

背景技術：

現在新能源汽車主要使用三相異步電機和永磁無刷直流電機作為動力源，這兩種電機各有特點，三相異步電機具有調速控制簡單，成本低等優點，但其電機效率低，能耗大等缺點。永磁無刷直流電機具有體積小、控制性能好、效率高等優點，但由于永磁的存在，對應用的環境溫度、機械應力等要求苛刻，價格也昂貴；

開關磁阻電機，具有結構簡單，轉子鐵心無電機繞組，無永磁體、容錯能力強、可靠性高、啟動扭矩大等優點，使用范圍日益擴大。開關磁阻電機根據有無位置傳感器分為無位置傳感器的開關磁阻電機及具位置傳感器的開關磁阻電機，其中無位置傳感器的開關磁阻電機，其調速范圍小，適合于均速轉動的場合，而具位置傳感器的開關磁阻電機，其調速范圍大，適用于電動車。具位置傳感器的開關磁阻電機，一般采用兩個位置傳感器用于換相，其存在零位誤差、占空比誤差和相位誤差；其中零位誤差主要表現是反映各相繞組最大電感與最小電感位置的方波信號的跳變沿與理想位置信號存在誤差，它是由于轉盤和光槽在安裝時定位不準造成的；占空比誤差的表現形式是方波信號的占空比不再是0.5，它主要來源于兩個方面：一是轉盤加工時齒、槽分度不準，二是光電晶體管負載電路設計不夠合理而導致光電晶體管的開通與關斷時間不一致，前者引起的誤差屬于絕對角度誤差，表現在位置信號中是占空比誤差不隨轉速的變化而變化，后者引起的誤差屬于絕對時間誤差，表現在位置信號中是占空比誤差隨著轉速的變化而變化，并且轉速越高，誤差越大；相位誤差的表現形式是兩路反映轉子位置信號的方波信號間相位差與理想位置信號之間存在誤差，這種誤差主要來自兩個光槽之間的夾角不準。具兩位置傳感器的開關磁阻電機系統中，其因位置信號存在誤差，造成換相點不準確，電機效率低、可靠性低的缺點。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術方案進行完善與改進，提供一種新能源汽車用開關磁阻電機控制裝置及方法，以達到提高了產品可靠性、減少傳感器的誤差，提高開關磁阻電機的效率，提高車輛續航里程，節約能源的目的。為此，本發明采取以下技術方案：

新能源汽車用開關磁阻電機控制裝置，包括DSP芯片、與DSP芯片連接的FPGA芯片、與FPGA芯片連接的控制電路，其特征在于：它還包括一固設于電機中的位置傳感器、與FPGA芯片連接的位置處理單元，所述的FPGA芯片可拆卸地連接一用于檢測位置傳感器與電機之間相位誤差的檢測裝置。在檢測時，檢測裝置與位置傳感器連接，完成后檢測裝置可取下。FPGA芯片用于存儲相位誤差值，根據位置傳感器的信號及相位誤差值計算開關磁阻電機轉子原始相位，相位誤差補償時間可通過FPGA芯片內部的定時器定時，相位補償點準確，減少了位置傳感器的誤差，提高了開關磁阻電機的效率，節約能源等優點。

作為對上述裝置的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加技術特征：

所述的位置傳感器通過一位置信號處理單元與FPGA芯片相連。將位置傳感器采集的脈沖信號轉化為FPGA芯片可識別的方波信號。

所述的位置傳感器包括光電脈沖發生器及固接于電機轉子的轉盤。

所述的光電脈沖發生器安裝在電機定子上。

所述的轉盤呈圓盤狀，其圓周方向均布復數個與電機轉子凸極數量相等的齒槽。轉盤隨著電機轉子轉動，當光電脈沖發生器與轉盤的齒槽相對時，即可產生一個脈沖。

新能源汽車用開關磁阻電機控制裝置包括以下步驟：

1)通過檢測裝置檢測位置傳感器與開關磁阻電機之間的相位誤差，并將該誤差送于FPGA芯片中。

2)在電機轉動過程中，位置傳感器的輸出信息通過一位置信號處理單元轉換成方波信號，并與FPGA芯片連接。

3) FPGA芯片中的計算模塊根據電機旋轉一周產生的方波個數及實時的方波信號，計算當前電機的轉數，同時利用電機轉數計算脈沖上升沿和下降沿間隔時間及與相位誤差對應的補償時間。

4) FPGA芯片根據方波信號脈沖上升沿和下降沿間隔時間及電機相數并利用定時器進行相位補償，還原跟開關磁阻電機旋轉位置同步的編碼信號傳遞給DSP的編碼采樣口，直至到達方波信號一周結束，重新根據步驟3)確定脈沖上升沿和下降沿間隔時間及與相位誤差對應的補償時間。

5)DSP芯片根據FPGA芯片傳遞來的實時編碼信號控制開關磁阻電機不斷旋轉。

作為對上述裝置的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加技術特征：

所述FPGA芯片保存的位置傳感器與開關磁阻電機相位誤差以下升沿和下降沿為參考點。

FPGA芯片在方波信號的上升沿和下降沿開始計時，啟動定時器，定時器時間為相位誤差補償時間；當該定時到達時，進行換相，并將換相后的上升沿和下降沿信號傳遞給定DSP芯片的編碼采樣口供其編碼采樣。

有益效果：以方波的上升沿和下降沿作為起始點，每次換相都是依靠軟件定時器來完成的，提高換相精度，減少了位置傳感器的誤差，提高了開關磁阻電機的效率，節約能源等優點；

【附圖說明】

圖1是本發明結構圖。

圖2是本發明流程圖。

圖3是相位超前時位置處理單元輸出編碼信號和正常編碼信號的編碼對比圖。

圖4是相位滯后時位置處理單元輸出編碼信號和正常編碼信號的編碼對比圖。

【具體實施方式】

以下結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發明包括控制電路、一個置于開關磁阻電機內部位置傳感器、與位置傳感器連接的位置處理單元、與位置處理單元連接的FPGA芯片及與FPGA芯片連接的DSP芯片，其中控制電路包括功率管及蓄電池。功率管與開關磁阻電機、FPGA芯片和蓄電池相連接，FPGA芯片和DSP芯片相連接構成控制裝置。

如圖2所示，以控制一轉子是24極、定子是16極、3相電機為例進一步說明新能源汽車用開關磁阻電機的控制裝置：

1) 通過檢測裝置檢測位置傳感器與開關磁阻電機之間的相位誤差，并將該誤差送于FPGA芯片中。

2) 一個位置傳感器經過位置信號處理單元將位置信號處理成標準的方波信號。

3) 位置信號處理單元將處理后的方波信號傳送到FPGA芯片的編碼采樣口。

4) FPGA芯片計算當前速度：開關磁阻電機在旋轉一周過程中，具有24個高低電平，FPGA芯片以方波信號上升沿和下降沿間隔的晶振時鐘個數，可以得到間隔時間并計算出當前速度。

5) 根據當前速度，計算方波信號上升沿和下降間隔時間T和相位誤差需要補償時間△T。

6) FPGA芯片根據檢測裝置檢測位置傳感器與開關磁阻電機之間的相位誤差，判斷相位是超前還是滯后，以此選擇不同的補償方式進行相位補償。

7) 當相位超前時，使用t=t0+△T進行相位補償,其補償為同向脈沖沿。如在t0時刻FPGA芯片輸入端檢測到一上升沿，然后通過FPGA芯片計算脈沖上升沿和下降沿間隔時間T和相位誤差需要補償時間△T，并將定時器清零，當定時器計數到時間△T，將這個上升沿輸出到FPGA芯片輸出端。

當相位滯后時，使用t=t0+T-△T進行相位補償, 其補償為反向脈沖沿。如在t0時刻FPGA芯片輸入端檢測到一上升沿，然后通過FPGA芯片計算脈沖上升沿和下降沿間隔時間T和相位誤差需要補償時間△T，并將定時器清零，當定時器計數到時間T-△T，將下降沿輸出到FPGA芯片輸出端，反之檢測到下降沿則輸出上升沿；

其中，t0為當前檢測到的脈沖邊沿時間；

t為補償輸出脈沖沿的輸出時間；

T為當前檢測到的脈沖上升沿和下降沿間隔時間；

△T為相位誤差需要補償時間。

8) 將補償后的編碼信傳遞給DSP的編碼采樣口。

9) DSP芯片根據FPGA芯片傳遞來的實時編碼信號控制開關磁阻電機不斷旋轉。

當24極電機轉動一周產生24個高低電平，即24個方波周期。前一個方波周期的速度作為下一個方波周期的計算速度用于計算方波信號上升沿和下降間隔時間及補償時間。