[发明专利]一种基于数字信号处理器的开关磁阻电动机与发电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的开关磁阻电动机与发电机(Switched Reluctance Dynamo/Generator,SRD/G)系统的控制策略与控制方案。

背景技术

目前国内汽车的起动机和发电机都是分开的，一般起动机采用有刷直流电动机，而发电机常采用带整流管和电压调节器的交流发电机。本发明将上述二者合一将可能节省汽车空间，提高设备的利用率。有一些进口的轿车或轻型客车、货车上采用了直流发电式起动机，将起动机与发电机合二为一，起动时，由起动开关将其连接成复激式直流电动机；起动后，则成为并激式直流发电机。本发明研究用开关磁阻起动/发电机取代传统直流起动；发电机，将克服直流电机的许多弊端，具有无比的优越性。

目前汽车电源系统采用的是恒压充电方式，这种充电方式和主要缺点是充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于蓄电池的初充电和去硫充电，对于汽车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，必须定期(每两个月)拆下用恒流充电法充电一次。发明中开关磁阻发电机可直接输出可控的脉冲直流电，非常适合于蓄电池贮存电能，并且可以通过DSP控制实现智能化充电，从而可以充分发挥蓄电池的效能，并提高蓄电池的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了实现开关磁阻电机电动和发电的平稳控制，本发明提供一种基于DSP的控制策略。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DSP的控制系统策略和控制装置，包括:

(1)启动阶段控制策略

(a)由角度位置控制确定功率变换器中每相开关管的允许导通区间，在这一阶段上述导通区间的开通角控制信号基本与检测到的该相位置信号同步，而关断角控制信号需超前电感最高点一段时间，这是因为若在电感最高点关断开关管，则此时存在的电流会导致制动转矩的产生，从而阻碍电机加速；而提前一段时间关断是为了保证电流在进入电感下降区前降为零。

(b)由角度位置控制确定的该区间内给定电流的最大值I_max和最小值I_min不变。当电流传感器检测的绕组电流衰减到设定最小值I_min时，控制开关管重新开通，如此反复。在电流持续期间，平均电流近似为也可采用定关断时间Δt的方法，即每当电流传感器检测的绕组电流超过I_max时，就使相应开关管关断Δt时间后再控制开关管重新开通。这种方法的优点是能控制开关管的开关频率，从而限制开关管的开关损耗。此阶段的控制见图1。

(2)发电阶段控制策略

当开关磁阻电机运行转速高于某特定值时，若蓄电池剩余电量小于某一下限，则要求开关磁阻电机工作在发电状态，向蓄电池充电并为负载提供电源。

根据蓄电池的充电特性，可分二阶段充电，即主充、均充，见图2。

(a)单节蓄电池端电压低于2.40V时，采用大电流恒流充电，此时充电电流为0.2CA(C为蓄电池容量)；

(b)单节蓄电池端电压上升到2.4V时，约已充入80％的电量，此时应转换到第二阶段，维持2.4V电压进行恒压充电。

当蓄电池组因向负载提供较大电流，造成容量不足时，单节蓄电池电压会跌至2.3V以下，此时，将自动将发电机充电工作状态转换为第一阶段，如此循环。

(3)控制器设计

控制器采用TMS320F240型数字信号处理器(DSP),适合于对功率变换器和SR电机的电流、电压、温度、角度位置速度等物理量的检测和控制，结构如图5所示。图6给出了DSP工作时的硬件框图，如图所示：DSP的高速A/D口检测电流以及蓄电池电压的大小，通过数字化的PI运算，DSP给出电流斩波限的大小并通过数字I/O口输入D/A转换单元，转换单元输出斩波限的模拟量大小；滞环控制器得到斩波限以后产生斩波信号；DSP的捕获单元通过捕获转子位置信号的跳沿，计算出转子位置以及电机转速，查表得到在此速度段发电机的优化开通角关断角大小，由数字I/O口给出θ₁、θ₂信号；斩波信号与θ₁、θ₂信号以及电路的过流过压信号一起输入可编程逻辑芯片，经过逻辑运算以后给出开关管的驱动信号。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是起动阶段控制原理图。

图2是二阶段充电曲线。

图3是电流调节原理图。