專利名稱：用于轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的控制系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于控制轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)且無需控制規(guī)則表的電路和方法。本發(fā)明的電路和方法可適用于轉(zhuǎn)矩/速度運(yùn)行平面的所有4個象限。
電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能因而做功。通過在一個或多個繞組上施加電壓，借此使繞組激磁產(chǎn)生合成磁場，電動機(jī)才能工作。利用磁場產(chǎn)生的機(jī)械吸引力使電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子運(yùn)動。電動機(jī)的效率部分地取決于每次向電動機(jī)施加的電壓的時間和幅值。在轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)中施加電壓的時間是特別重要的。
歷史上曾認(rèn)為轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)在效率方面是不可能和其它類型的電動機(jī)相比的。然而，最近以來，由于更好地認(rèn)識掌握以電子方式進(jìn)行受控轉(zhuǎn)換的電動機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，已經(jīng)使得在尺寸、功率和速度的很寬的范圍內(nèi)能夠得到高的性能水準(zhǔn)的耐用的轉(zhuǎn)換磁阻式驅(qū)動裝置。就注意，對這里所用的術(shù)語“電動機(jī)”，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，除非要特別區(qū)分以外，該術(shù)語覆蓋了按發(fā)電方式運(yùn)行的同一電機(jī)。
轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)通常的結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)部件(稱為轉(zhuǎn)子)上沒有導(dǎo)體繞組或永久磁鐵，并且在靜止部件(稱為定子)上包括載流繞組。一般可以將沿直徑方向?qū)χ玫某蓪Φ亩ㄗ哟艠O串聯(lián)或者關(guān)聯(lián)，以形成可能的多相轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的其中一相。通過按照預(yù)定順序以與轉(zhuǎn)子的角位置同步的順序?qū)㈦妷菏┘拥矫肯嗬@組上，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子磁極彼此接近時，在它們之間形成磁吸引力，從而產(chǎn)生電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。與之相似，在磁極彼此相對運(yùn)動遠(yuǎn)離的～該部分周期內(nèi)，定位控制電壓脈沖則產(chǎn)生發(fā)電作用。
關(guān)于轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一般理論已是公知的和深入討論的，例如由stephenson和Black提出的并在PCIM”93會議上提出和在1993年6月21-24日在德國的Nurnberg展示的“轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)和驅(qū)動裝置的特性，設(shè)計(jì)和應(yīng)用”中所公開的。
過去已經(jīng)提出用于控制轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的各種策略，作為整個可變速驅(qū)動系統(tǒng)的一部分?？偟恼f，這些策略可以分為兩個大組一個是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的固定角度范圍內(nèi)采用電流幅值控制的系統(tǒng)，以及一個是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的變化角度范圍內(nèi)采用電壓控制的系統(tǒng)。本發(fā)明涉及的是采用電壓控制的系統(tǒng)。
概括的說，本文中的“相位周期”(pbase period)指在當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)子磁極完全與所關(guān)注的定子磁極對準(zhǔn)時的轉(zhuǎn)子位置與當(dāng)相鄰轉(zhuǎn)子磁極與該定子磁極對準(zhǔn)時的轉(zhuǎn)子位置之間的周期。根據(jù)轉(zhuǎn)子和定子的磁極的數(shù)目，對于轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一整圈可以有很多的相位周期。
通常，采用電流幅值控制的系統(tǒng)運(yùn)行中在每一相位周期期間通過控制相繞組電流的幅值來控制轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在已知的各轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)系統(tǒng)中，這樣進(jìn)行電動機(jī)的觸發(fā)控制，即在轉(zhuǎn)子磁極完全與所關(guān)注的定子磁極對準(zhǔn)的一點(diǎn)處或近于該點(diǎn)處，使相繞組中的電流下降到零。這是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子磁極與所關(guān)注的定子磁極對準(zhǔn)的點(diǎn)之后，相繞組中的電流要產(chǎn)生通常在電動機(jī)運(yùn)行中不希望產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩。
在靜止和低速狀態(tài)下，在產(chǎn)生所希望極性的轉(zhuǎn)矩的相位周期期間的該相位周期部分范圍內(nèi)，通過改變電流可以控制轉(zhuǎn)矩。通過利用電流基準(zhǔn)結(jié)合相電流反饋對電流斬波或者利用脈寬調(diào)制(PWM)電壓控制可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這些控制方式盡管普遍理解，下面還將簡要介紹，以有利于后面對本發(fā)明的介紹。


圖1概略地表示當(dāng)采用斬波時在低速區(qū)域中典型的電動機(jī)運(yùn)行相繞組電流的波形。如由圖1所示，在電流達(dá)到其要被斬流的電流基準(zhǔn)值之前電流遞增、斬波即利用控制器防止電流進(jìn)一步增加。然后電流衰減到一較低的控制量值、隨后重新加電壓、電流再次上升。這個過程重復(fù)進(jìn)行，直到相位周期結(jié)束為止。
隨著電動機(jī)的角速度增加，達(dá)到這樣一點(diǎn)，在該點(diǎn)，使時間不足以在每個相位周期期間對電流進(jìn)行一次以上的載波。因此在這些速度下斬波方式和脈沖寬度調(diào)制兩者都變得不再有效。在這些速度下，一般通過在相位周期期間控制施加到繞組上的電壓脈沖位置和持續(xù)時間來控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。由于在每一相位周期期間施加單一的電壓脈沖，所以這種控制形式稱之為“單脈沖控制?！眻D2表示在電動機(jī)根據(jù)單脈沖控制的運(yùn)行過程中，相電流的示例性電流波形。在單脈沖控制下，轉(zhuǎn)矩量值是由電壓脈沖的幅值和形狀確定的，而電壓脈沖一般是由下列因素確定的轉(zhuǎn)子的角速度；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中向相繞組施加電壓點(diǎn)(稱為“起始導(dǎo)通角”)；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中向繞組施加的電壓的中止點(diǎn)(稱為“關(guān)斷角”)；以及施加到相繞組的電壓的幅值。起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角限定了“導(dǎo)通角”。導(dǎo)通角是在起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角之間的角度范圍。圖2概括地表示對于示例性波形的起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角的近似位置和導(dǎo)通角的持續(xù)范圍。
利用任何簡單的數(shù)字方程不能精確地限定對于電動機(jī)的每一轉(zhuǎn)速在所需轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值與適當(dāng)?shù)钠鹗紝?dǎo)通角和關(guān)斷角之間的相互關(guān)系。在公知的轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)系統(tǒng)中，這一復(fù)雜的相互關(guān)系通常是利用一電路來體現(xiàn)的，該電路存儲的信號代表了起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角，以及電動機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩需求之間的相互關(guān)系。這種類型的電路一般稱為“控制規(guī)則表”。
在很多已知的用于轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的控制器中，該控制規(guī)則表包含一對于各種轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)矩需求的綜合參數(shù)具有起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角信息的電路。在大多數(shù)系統(tǒng)中，存儲在該控制規(guī)則表中的信息是以實(shí)驗(yàn)方式利用一通常稱為“特性鑒定”的方法產(chǎn)生的，在特性鑒定中，對于很多不同的轉(zhuǎn)子速度為了產(chǎn)生所需求的轉(zhuǎn)矩確定適當(dāng)?shù)钠鹗紝?dǎo)通角和關(guān)斷角。然后將以實(shí)驗(yàn)方式得到的信息存儲在控制規(guī)則表中，某些時候，將由以實(shí)驗(yàn)方式得到的信息已進(jìn)行內(nèi)插得到的非測試轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩需求有關(guān)的信息一起存儲。
圖3表示構(gòu)成一對于單脈沖控制類型利用控制規(guī)則表的示例性可變速控制器的簡化方塊圖。如圖所示，控制器30接收代表電動機(jī)的預(yù)期轉(zhuǎn)速的信號，并在誤差檢測器31中將該信號與代表電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的信號比較。誤差檢測器31的輸出是一模擬信號，按照預(yù)期轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的差線性變化，并且對應(yīng)于使電動機(jī)達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)速所必須的轉(zhuǎn)矩。
轉(zhuǎn)矩需求信號和代表電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋信號被提供到一包含控制規(guī)則表的電路32，該規(guī)則表提供的信號代表適當(dāng)?shù)钠鹗紝?dǎo)通角和關(guān)斷角。將與適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通角相關(guān)的信息提供到一功率變換器34，該功率變換器還接收代表轉(zhuǎn)子角度位置的信號。功率變換器34將代表轉(zhuǎn)子角度位置的信號和代表適當(dāng)?shù)钠鹗紝?dǎo)通角和關(guān)斷角的信號相比較，并控制功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器件，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子的角度位置等于預(yù)期的起始導(dǎo)通角時將電壓加到適當(dāng)?shù)南嗬@組上，以及當(dāng)轉(zhuǎn)子的位置等于關(guān)斷角時，使電壓由相繞組斷開。利用控制規(guī)則表的控制器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行已普遍理解，例如介紹在D.M.Sugden，P.D.Web-ster，J.M Stephenson的“SR驅(qū)動裝置的控制綜述和現(xiàn)時狀態(tài)關(guān)于電力電子學(xué)應(yīng)用的第3屆歐洲討論會的報(bào)告集”第35-40頁，在德國的Aacben 1989.10。
采用控制規(guī)則表的控制器的一個缺點(diǎn)是需要提供控制規(guī)則電路。特別是，一般用于存儲控制規(guī)則信息的數(shù)字存儲器是相當(dāng)昂貴的，并且附加到整個控制系統(tǒng)的成本中。此外，控制規(guī)則表的采用增加了開發(fā)新的控制系統(tǒng)所需的成本和時間，原因在于對電動機(jī)的特性鑒定方法對于每一新的電動機(jī)和控制器都可能需要執(zhí)行?？刂埔?guī)則表的再一缺點(diǎn)在于它們會發(fā)生離散化。換句話說，控制規(guī)則表能夠存儲的導(dǎo)通角信息僅是對于很多離散的速度/轉(zhuǎn)矩需求的綜合參數(shù)。假如實(shí)際的速度/轉(zhuǎn)矩需求的綜合參數(shù)不同于包含在控制規(guī)則表中的，控制系統(tǒng)通常提供與實(shí)際的速度/轉(zhuǎn)矩需求點(diǎn)最接近的速度/轉(zhuǎn)矩需求點(diǎn)的導(dǎo)通角信息。這就會導(dǎo)致所使用的導(dǎo)通角信息對每個速度/轉(zhuǎn)矩需求點(diǎn)并不一定是最佳的。
過去已經(jīng)試圖對用于轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的控制器提供幾種不依靠花費(fèi)很大的控制規(guī)則表的方案。正如下面討論的，大多數(shù)對于控制規(guī)則表的已知替換方案具有明顯的缺點(diǎn)。
例如.A.Weller和P.Trawinski在“低功率轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)(L1千瓦)的設(shè)計(jì)和控制”中提出了一種簡化的角度控制器；在意大利佛羅倫薩于1991年9月的關(guān)于電力電子學(xué)和其應(yīng)用的第四屆歐洲討論會報(bào)告集第1-7頁上。在所提出的控制器中，將起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角編程輸入控制器，使它們隨速度變化但不隨轉(zhuǎn)矩變化。由于在這種系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩信息在產(chǎn)生導(dǎo)通角信號時沒有被考慮，所述的控制系統(tǒng)將在很寬的運(yùn)行范圍內(nèi)不能保證連續(xù)的平穩(wěn)地運(yùn)行。此外所公開的系統(tǒng)對于速度回路潛在具有不穩(wěn)定性。
在Bose等人的“轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的微控制器控制”中公開了一種采用很大的昂貴的控制規(guī)則表的另外一種替換方案，該文見自“關(guān)于工業(yè)應(yīng)用的IEEE論文集”1986 7/8的IA-22的708-715頁。在由Bose公司的控制器中，提供了一種相對小的粗略的控制規(guī)則表并且按實(shí)時方式通過利用內(nèi)插計(jì)算實(shí)際的導(dǎo)通角信息。雖然提出的這種替換方案不再需要很大的高成本的控制規(guī)則表，但它是在控制系統(tǒng)內(nèi)部以很大程度上增加計(jì)算能力和復(fù)雜性為代價實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。此外，由于與內(nèi)插相關(guān)的附加時間額外消耗，這種替換方案不能很好地適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度的迅速變化。
本發(fā)明提供的用于在單脈沖控制區(qū)控制轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的系統(tǒng)和方法沒有采用很大的高成本的控制規(guī)則表以及沒有采用復(fù)雜的計(jì)算方案。
本發(fā)明是按照各獨(dú)立權(quán)利要求限定的。在各從屬權(quán)利要求中表述了更優(yōu)選的特征。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法提供了一種用于由轉(zhuǎn)子位置信息利用延遲起動觸發(fā)脈沖來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的簡單系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，通過采用一邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)電路，且其輸出的脈沖寬度對應(yīng)于導(dǎo)通角并隨轉(zhuǎn)矩需求增加而增加，以及該脈沖與實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置相同步，因此克服了已知的轉(zhuǎn)換式電動機(jī)控制器的上述缺點(diǎn)。在這一實(shí)施例中，對應(yīng)于導(dǎo)通角的單穩(wěn)的脈沖寬度也不受由控制規(guī)則表產(chǎn)生的參數(shù)的控制。
通過參照附圖閱讀對各示例性的實(shí)施例的如下詳細(xì)介紹，將會使本發(fā)明的其它的方面和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯，其中圖1簡略表示當(dāng)將電流斬波用作轉(zhuǎn)矩控制方法時的轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的相電流；圖2表示按照單脈沖電壓控制運(yùn)行的轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的示例性的相電流波形；圖3表示構(gòu)成采用控制規(guī)則表的用于轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的示例性變速控制器的簡化方塊圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的用于單脈沖轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的可變速控制器的方塊圖；圖5表示可用于實(shí)施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出；圖6表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的角度控制器的控制組件和特征；圖7a和7b表示圖6中的角度控制器的示例性的工作狀態(tài)的信號和信號電平；圖8a和8b表示可用于實(shí)施在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的角度控制器的續(xù)流(Freewheeling)控制的供電電路和控制信號；圖9a和9b表示對于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成和運(yùn)行的續(xù)流過程角度控制器的角度控制電路和示例性的信號和信號電平。
雖然，本發(fā)明易于進(jìn)行各種改進(jìn)和具有不同的構(gòu)成，但通過在附圖中以舉例的方式還是表示了很多特定的實(shí)施例，并在本文詳細(xì)說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這并不是試圖將本發(fā)明局限在所公開的特定構(gòu)成方式。正相反，本發(fā)明覆蓋了落入由所提出的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思和保護(hù)范圍內(nèi)的所有的改進(jìn)、等效物和替換物。
與已知的用于轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的控制器不同，本發(fā)明不再需要很大的高成本的控制規(guī)則表。
概括地說，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種可變速控制器，其接收速度指令信號和實(shí)際速度信號，并產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩需求信號。轉(zhuǎn)矩需求信號然后用于產(chǎn)生代表角度周期的角度信號，在該周期范圍內(nèi)將電壓施加到適當(dāng)?shù)南嗬@組上。然后將與轉(zhuǎn)子的角速度和角位置有關(guān)的信息用于設(shè)定起始導(dǎo)通角和關(guān)斷角，以使僅在相位周期的所希望的部分將電壓施加到相繞組上。
為了清楚起見，如下的討論限制在單相轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)。正如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員將會認(rèn)可的，本發(fā)明還適用于多相轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)。為了將本發(fā)明應(yīng)用到多相電機(jī)，只不過簡單地需要增加附加的電路結(jié)構(gòu)，以便在每一相位周期期間識別相應(yīng)的相繞組進(jìn)行激磁。在本文中包含的本發(fā)明的公開文本中，只是在本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠掌握的體現(xiàn)本發(fā)明的多相轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的結(jié)構(gòu)不再詳細(xì)地討論。
遍及幾個附圖，相似的參考符號代表相似部分。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的用于單相轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的可變速控制器的組件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的控制器可適用于很多類型的轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)并且可以根據(jù)已知方法和技術(shù)完成該電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
控制器40包括一用于產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)子位置的輸出信號的軸傳感器41。在圖4所示的實(shí)施例中，軸傳感器41包含一轉(zhuǎn)子位置傳感器(RPT)，該傳感器產(chǎn)生具有與在相位周期范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子角位置相對應(yīng)的上升和下降沿的電壓脈沖。
圖5表示包含圖4中軸傳感器41的RPT的輸出，該輸出是轉(zhuǎn)子相對于所關(guān)注的定子磁極的位置的函數(shù)。這樣構(gòu)成包含軸傳感器41的RPT，即當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極完全與所關(guān)注的定子磁極對準(zhǔn)時產(chǎn)生第一下降沿50，當(dāng)相鄰轉(zhuǎn)子磁極與所關(guān)注的定子磁極對準(zhǔn)時產(chǎn)生第二下降沿52。在圖4中的實(shí)施例中，這樣構(gòu)成該RPT，即使標(biāo)志區(qū)(高邏輯電平區(qū))對間隔區(qū)(低邏輯電平區(qū))的相對關(guān)系近于一致，盡管這對于電路的工作不是必須的。標(biāo)志區(qū)和間隔區(qū)的相對關(guān)系可以與圖4所示的不同。如圖5表示的，在每個下降沿之間的時間限定了一“相位周期。在圖4所示實(shí)施例中，該電路結(jié)構(gòu)是按照邊沿起動觸發(fā)的，而不是根據(jù)脈沖寬度起動觸發(fā)的，是根據(jù)限定了相位周期的邊沿起動觸發(fā)的。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，包含圖4所示軸傳感器41的RPT不過是很多可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的傳感器的其中一個實(shí)例。例如可以采用軸傳感器或能提供代表轉(zhuǎn)子實(shí)際位置數(shù)字信號的解算裝置，還可以采用能夠產(chǎn)生具有不同上升或下降沿位置點(diǎn)的電壓脈沖的各種RPT結(jié)構(gòu)。本發(fā)明并不限于上述類型的傳感器，而是可適用于很多不同類型的能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置信息的轉(zhuǎn)子位置傳感器。它們包括所謂的“無傳感器”技術(shù)，其中例如由電流、電壓和/或與電機(jī)相繞組相關(guān)聯(lián)的電感產(chǎn)生位置信息。
反過來參閱圖4，本發(fā)明的控制器40還包括一接收軸傳感器41的輸出的速度測量組件42。速度測量組件42在預(yù)定時間內(nèi)監(jiān)測來自軸傳感器41的轉(zhuǎn)子位置信號中的變化次數(shù)，產(chǎn)生一個對應(yīng)于轉(zhuǎn)子角速度的信號。在一個實(shí)施例中，在指定的時間階段內(nèi)，速度測量組件42的輸出是與平均轉(zhuǎn)子速度對應(yīng)的數(shù)字字(word)。在一替換實(shí)施例中，速度測量組件42的輸出可以是與轉(zhuǎn)子速度按比例變化的模擬信號。接收軸傳感器41輸出工作的速度測量電路的采用對于本發(fā)明并不是必須的，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以采用其它形式的速度傳感電路(例如測速發(fā)電機(jī)之類)。
如上面討論的，在低的速度下，可以采用電流載波以便控制轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。圖4表示了可用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的控制器中的載波電路的一個實(shí)例。
參閱圖4，設(shè)有一斬波電流比較器43，其接收代表預(yù)期基準(zhǔn)電流的信號以及代表在電動機(jī)相繞組中的實(shí)際電流的反饋信號，斬波電流比較器43當(dāng)預(yù)期的基準(zhǔn)電流超過實(shí)際電流時產(chǎn)生具有第一邏輯電平(例如高邏輯電平或“1”)的邏輯信號，以及在相反的情況提供具有第二電平的邏輯電平(例如低邏輯電平或“0”)。斬波比較器43的輸出作為第一輸入提供到AND門44。在所述實(shí)施例中，AND門44當(dāng)它的兩個輸入均為高邏輯電平時提供一觸發(fā)信號。控制功率變換器(未表示)向適當(dāng)?shù)南嗬@組提供電壓。
在圖4所示的實(shí)施例中，AND門44的第二輸入信號是多路轉(zhuǎn)換器45的輸出。多路轉(zhuǎn)換器45接收兩個輸入信號和一個控制信號(未表示)。輸入信號包含軸傳感器41的輸出和角度控制電路46的輸出?？刂菩盘栍伤俣葴y量組件42的輸出產(chǎn)生的信號構(gòu)成。
當(dāng)速度測量組件42的輸出表明電動機(jī)運(yùn)行在低的速度下使得可以利用斬波控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩時，提供到多路轉(zhuǎn)換器45的控制信號將使多路轉(zhuǎn)換器的輸出為軸傳感器41的輸出。在這些低轉(zhuǎn)速下，電流斬波比較器43作為一標(biāo)準(zhǔn)電流斬波器運(yùn)行，控制電動機(jī)中的電流。
在采用電流斬波比較器43通過在低速度下對電流進(jìn)行限流以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制的各實(shí)施例中，該電流斬波比較器43可以是一單個分立的IC比較器，以及電流基準(zhǔn)信號可以由標(biāo)準(zhǔn)控制電路產(chǎn)生或由對來自ASIC或微控制器的PWM信號進(jìn)行低通濾波產(chǎn)生。
在較高速度的情況下，當(dāng)必須進(jìn)行單脈沖控制時，提供到多路轉(zhuǎn)換器45上的控制信號將使多路轉(zhuǎn)換器的輸出跟蹤角度控制器46的輸出。如下面討論的，角度控制電路46使得無需利用控制規(guī)則表對電動機(jī)進(jìn)行單脈沖控制。
當(dāng)采用單脈沖電壓控制時，可以利用電流斬波比較器43實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)功能。為了實(shí)現(xiàn)這種過電流保護(hù)的功能，應(yīng)當(dāng)將電流基準(zhǔn)設(shè)定到最大可容許的相電流上。當(dāng)將電流基準(zhǔn)設(shè)定到這樣高的數(shù)值時，在正常運(yùn)行的過程中，比較器43輸出將是高邏輯電平，使由AND門44提供的觸發(fā)信號將跟蹤多路轉(zhuǎn)換器45的輸出(即角度控制電路46的輸出)。當(dāng)將比較器43用作過電流保護(hù)電路時，當(dāng)實(shí)際的電動機(jī)電流超過由電流基準(zhǔn)信號限定的最大可允許電流時，將禁止由AND門44輸出觸發(fā)信號。
正如上面討論的，當(dāng)由速度測量電路42的輸出表示的電動機(jī)的速度表明需要單脈沖控制時，由角度控制電路46響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩需求信號產(chǎn)生控制功率器件觸發(fā)的信號。
在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)矩需求信號是經(jīng)過使用一補(bǔ)償器，例如比例加積分控制器47產(chǎn)生的，該控制器接收一隨實(shí)際轉(zhuǎn)子速度(按照由速度測量組件42的輸出所代表的)和提供到控制器的預(yù)期速度的指令信號之間的差變化的速度誤差信號。
參閱圖4，通過在誤差檢測器48中將實(shí)際的轉(zhuǎn)子速度和預(yù)期的速度比較，圖4所示電路產(chǎn)生速度誤差信號，從而產(chǎn)生了與實(shí)際轉(zhuǎn)了速度和預(yù)期速度之間差成比例變化的速度誤差信號。
通過應(yīng)用已知的P＋I(xiàn)控制技術(shù)，P＋I(xiàn)控制器47將速度誤差信號變換為轉(zhuǎn)矩需求信號。對于P＋I(xiàn)控制器47的比例和積分分量的數(shù)值可以通過實(shí)驗(yàn)方式確定、或者可以利用標(biāo)準(zhǔn)的P＋I(xiàn)控制理論進(jìn)行計(jì)算，以使控制器在預(yù)期的運(yùn)行速度范圍內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行。P＋I(xiàn)控制器47的比例和積分的特定數(shù)值對本發(fā)明來說并不是決定性的。
本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員將會認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以按照比例式、比例＋積分－導(dǎo)數(shù)式、可調(diào)整式或模糊邏輯式補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)該補(bǔ)償器。
P＋I(xiàn)控制器47的輸出是一轉(zhuǎn)矩需求信號，該信號作為一個輸入被提供到角度控制電路46。加到角度控制電路46的另一輸入是軸傳感器41的輸出。當(dāng)控制器按照單脈沖控制方式運(yùn)行時，角度控制電路46響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩需求信號和軸傳感器41的輸出產(chǎn)生觸發(fā)信號。
在圖6中更清楚地表示了角度控制電路46的結(jié)構(gòu)和工作原理。圖6所示的電路包括周期測量組件60、乘法器62、第一邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64、第二邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)66和兩個加法電路67和68。應(yīng)當(dāng)理解，圖6表示的是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的控制器的一般控制組件和特征，實(shí)際上的控制器可以采用模擬電路或數(shù)字電路，只要能實(shí)現(xiàn)圖6的組件代表的功能即可。
參閱圖6，周期測量組件60接收軸傳感器41的輸出。并且產(chǎn)生一與例如軸傳感器41輸出的順序的各下降沿之間的時間長度(即相位周期的時間長度)成比例變化的信號。因此，由周期測量組件60產(chǎn)生的信號是與對一個相位周期所需的時間3隔相對應(yīng)的信號。
如上所述，按照單脈沖控制方式，在每一相位周期中將單一脈沖電壓加到相繞組上，持續(xù)時間對應(yīng)導(dǎo)通角。在本實(shí)施例中，導(dǎo)通角是根據(jù)存在觸發(fā)信號的時間階段確定的。一般地說，在相位周期期間提供的觸發(fā)信號持續(xù)越長(即導(dǎo)通角越大)，形成的轉(zhuǎn)矩越大。因而，轉(zhuǎn)矩需求(信號)越大、導(dǎo)通角就越大，觸發(fā)信號的持續(xù)時間就越長。
在圖6所示的角度控制電路46中，觸發(fā)信號的持續(xù)時間(即導(dǎo)通角)是通過將來自測量組件60的相位周期的時間長度對應(yīng)的信號與來自P＋I(xiàn)控制器47的轉(zhuǎn)矩需求信號相乘而確定的。因而，觸發(fā)信號的持續(xù)時間近似地與轉(zhuǎn)矩需求信號成線性比例關(guān)系。在圖4所示的實(shí)施例中，這樣構(gòu)成P＋I(xiàn)控制器47，使它的輸出信號的數(shù)值在0到0.5之間，其中0.5代表100％的轉(zhuǎn)矩需求。可以采用其中的P＋I(xiàn)控制器的輸出具有不同數(shù)值的替換實(shí)施例。
在圖4和6所示的實(shí)施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩需求信號為最大值時，乘法器62的輸出將為代表對于一個完整的相位周期所需時間間隔的一半的時間間隔的信號。由于一半相位周期代表理論上的最大導(dǎo)通角，其將使相電流在相位周期期間能夠下降到0，乘法器62的輸出可以限制到二分之一相位周期。當(dāng)轉(zhuǎn)矩需求信號下降時，乘法器62的輸出將對應(yīng)于為對于完整相位周期所需時間間隔的某一百分值的時間間隔。
乘法器62的輸出被提供到邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)66的PULSEWIDTH(脈沖寬度)輸入端。這樣構(gòu)成邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)66，使它響應(yīng)于其TRIGGER(觸發(fā))輸入端產(chǎn)生的下降沿，在與PULSEWIDTH信號的數(shù)值成比例的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生高電壓的邏輯電平。
邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)66的TRIGGER輸入端連接到邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64的輸出端。像單穩(wěn)66一樣，邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64響應(yīng)于在其TRIGGER輸入端產(chǎn)生的下降沿，在與在其PULSE WIDTH輸入端的信號數(shù)值成比例的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生高邏輯電平的脈沖。
如在圖6中所示，邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64的TRIGGER輸入端連接到軸傳感器41的輸出端。如上面討論的，軸傳感器41在每一相位周期的起始處產(chǎn)生下降沿。來自軸傳感器41的信號下降沿將引起單穩(wěn)64產(chǎn)生電壓脈沖，該脈沖由于在來自軸傳感器41的信號下降沿之后的某一時間產(chǎn)生的下降沿而終止。在相位周期起始點(diǎn)(由軸傳感器41的信號下降沿確定)和由單穩(wěn)64輸出的信號下降沿之間的時間間隔將與在單穩(wěn)64的PULSE WIDTH輸入端上的信號成比例。響應(yīng)于由單穩(wěn)64輸出信號的下降沿，單穩(wěn)66將產(chǎn)生一與在其PULSE WIDTH輸入端上的信號成比例的輸出觸發(fā)脈沖(在該輸入端上的信號與來自P＋I(xiàn)控制器47的轉(zhuǎn)矩需求信號成比例)。
在圖4和6所示的實(shí)施例中，利用加法器67和68產(chǎn)生邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64的PULSE WIDTH信號。在來自單穩(wěn)66的角度觸發(fā)脈沖的起始觸發(fā)點(diǎn)和代表相位周期結(jié)束的點(diǎn)之間的時間長度本文稱之為關(guān)斷時間(TURN-OFF time)。在圖4和6所示的實(shí)施例中，利用加法器67，由第二信號中減去與關(guān)斷時間相對應(yīng)的信號，該第二信號對應(yīng)于來自組件60的代表相位周期持續(xù)時間的信號以及來自乘法器62的代表導(dǎo)通角時間間隔的信號之間的差。加法器67的輸出代表相位周期起始點(diǎn)(由來自軸傳感器41的信號下降沿確定)和來自單穩(wěn)66的觸發(fā)信號的起始點(diǎn)間的時間間隔。
在圖4和6所示的實(shí)施例中，為了達(dá)到驅(qū)動的最佳性能，可以計(jì)算或以實(shí)驗(yàn)方式測定關(guān)斷時間。預(yù)計(jì)會有這樣的實(shí)施例，其中關(guān)斷時間不是常數(shù)，而是隨電動機(jī)的角速度變化。還會預(yù)計(jì)會有另外的一些實(shí)施例，其中的關(guān)斷時間為相位周期的某一恒定百分值。在這樣的實(shí)施例中，將一與相位周期的該百分值對應(yīng)的定標(biāo)比例信號與代表相位周期的信號相乘，以便產(chǎn)生能夠用作圖4和6中的關(guān)斷信號的數(shù)值。
圖7a和7 b表示當(dāng)轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)以及定標(biāo)的轉(zhuǎn)矩需求信號為0.4時的可用于解釋圖4和6中的電路的工況的各種信號和信號電平。在圖7b中各時間間隔(以微秒計(jì))對應(yīng)于電路中的各個信號，各時間間隔用括號〔〕表示。
在圖7a中的波形代表軸傳感器41的輸出。在圖7a所示的實(shí)例中，假設(shè)轉(zhuǎn)子按近于每分16600轉(zhuǎn)的恒定速度旋轉(zhuǎn)，由波形70的下降沿限定的相位周期發(fā)生在1800微秒的時間間隔范圍內(nèi)。因此，在與圖7a和7b對應(yīng)的實(shí)例中，周期測量組件60的輸出將為一1800微秒的信號。這一點(diǎn)在圖7b中予以介紹，其中周期測量組件60的輸出為1800。在本實(shí)施例中，定標(biāo)的轉(zhuǎn)矩需求信號具有數(shù)值為0.4。因此，乘法器62的輸出將為720(對應(yīng)于0.4×1800)，并表明對于該實(shí)例的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)矩需求，應(yīng)當(dāng)在720微秒的時間階段內(nèi)產(chǎn)生觸發(fā)信號。換句話說，導(dǎo)通角對應(yīng)于720微秒的時間間隔。
已經(jīng)確定了觸發(fā)信號的時間長度(或?qū)ń?，在本發(fā)明中的控制電路然后必須確定在相位周期中何時起始觸發(fā)信號，以便在這樣一點(diǎn)終止，在該點(diǎn)，觸發(fā)信號的終止和相位周期的結(jié)束之間的時間長度等于關(guān)斷時間。通過利用加法器67和68來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在本實(shí)施例中，假設(shè)希望的關(guān)斷時間為300微秒。參照圖76中的實(shí)例并進(jìn)行必要的減法操作，對于單穩(wěn)64的PULSE WIDTH信號為780，其對應(yīng)于在相位周期的起始和觸發(fā)信號的起始點(diǎn)間的780微秒的延遲。
科7a中的波形72表示前述實(shí)例的來自單穩(wěn)66的觸發(fā)信號。參閱波形70，相位周期的起始點(diǎn)用下降沿71來表示。下降沿71觸發(fā)單穩(wěn)64產(chǎn)生一脈沖，該脈沖下降沿發(fā)生在相位周期起始點(diǎn)之后780微秒處。由單穩(wěn)64產(chǎn)生的信號下降沿將觸發(fā)單穩(wěn)66，單穩(wěn)66將產(chǎn)生一持續(xù)720微秒的信號(即觸發(fā)信號)。觸發(fā)信號的起始點(diǎn)由圖7a中的波形72的上升沿73表示。因?yàn)閱畏€(wěn)66的PULSE WIDTH輸入對應(yīng)于720微秒時間階段的導(dǎo)通角，觸發(fā)信號在720微秒之后，在1800微秒相位周期結(jié)束之前的300微秒處終止。正如上面指出的，在這一實(shí)例中，300微秒是預(yù)期的關(guān)斷(TURN-OFF)時間。
雖然，圖4、6和7a與7b表示采用的是分立的加法器、單穩(wěn)以及其它電路，但本發(fā)明也可以以一個控制器的方式實(shí)施、即使一個或多個ASIC、微控制器或微處理器。例如，包含在圖4中的虛線框內(nèi)的所有電路可以以單一微控制器方式，例如Motorola 68HC11，通過硬件和軟件來實(shí)施。在這一實(shí)施例中，可以對微控制器的芯片上裝的主計(jì)時器系統(tǒng)組件進(jìn)行編程、以用作由觸發(fā)信號的(脈沖)邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)64和66以及用作多路轉(zhuǎn)換器20。
當(dāng)使用Motorola微控制器時，組件60的相周期測量功能可以通過利用計(jì)時器端口的輸入收集功能來實(shí)現(xiàn)?？梢杂?jì)算起始導(dǎo)通時間和導(dǎo)通時間并存入計(jì)時器端口，以便實(shí)行單穩(wěn)的功能。為了避免在數(shù)字系統(tǒng)中產(chǎn)生數(shù)字溢出，應(yīng)當(dāng)對相位周期和轉(zhuǎn)矩需求信號進(jìn)行定標(biāo)，使乘積的最大定標(biāo)結(jié)果為實(shí)際相位周期的二分之一。正如上面討論的，這種定標(biāo)保證了將導(dǎo)通角限制在理論上的最大的連續(xù)/間斷電流邊界條件之內(nèi)，對于圖8A中所示的裝置，還可以用軟件實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)使用微控制器時，P＋I(xiàn)控制器47可以僅以軟件的方式實(shí)施，其中速度誤差按照由微控制器以固定的時間中斷的方式設(shè)定的固定的時間間隔進(jìn)行計(jì)算，以及將比例加積分算法應(yīng)用于周期性地計(jì)算速度誤差，以便不斷校正轉(zhuǎn)矩需求。
利用本文公開的內(nèi)容，本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將能夠開發(fā)軟件程序，以便根據(jù)一微處理器或微控制器實(shí)施本發(fā)明的方法和電路。
除了應(yīng)用單一電壓脈沖進(jìn)行單脈沖控制之外，其中該單一電壓脈沖是由導(dǎo)通角限定的，導(dǎo)通角由起始導(dǎo)通角和關(guān)斷本發(fā)明角限定，可以利用單一電流脈沖實(shí)現(xiàn)控制器控制，而該單一電流脈沖是由起始導(dǎo)通角、續(xù)流角和關(guān)斷角限定的。
正如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員將會理解的，當(dāng)采用續(xù)流控制時，通常有兩個與相繞組相關(guān)聯(lián)的開關(guān)轉(zhuǎn)換器件，以及每個相周期可分劃分為(i)當(dāng)沒有電壓施加到相繞組時(即兩個功率開關(guān)關(guān)斷，回流二極管沒有導(dǎo)通)的時間階段；(ii)當(dāng)DC線路電壓施加到相繞組時(即兩個功率器件導(dǎo)通)的時間階段；(iii)當(dāng)使相繞組中的電流經(jīng)過其中一個開關(guān)和其中一個二極管“續(xù)流”時(即一個功率器件導(dǎo)通和一個二極管導(dǎo)通)的時間階段；以及(IV)當(dāng)現(xiàn)有的DC電壓的負(fù)極施加到相繞組時(即兩個功率開關(guān)關(guān)斷，二回流二極管導(dǎo)通)的時間階段。
在圖8a和8b中表示了用于實(shí)現(xiàn)續(xù)流控制的典型電路配置和由這樣一種電路產(chǎn)生的典型控制信號。在續(xù)流控制的配置中，通常有兩個功率器件，即上部器件80和下部器件82。還有兩個與每一相繞組相關(guān)聯(lián)的回流二極管84和86。圖8b表示了在采用續(xù)流控制的相位周期范圍內(nèi)用于功率器件80和82的觸發(fā)信號。如圖8b所示，當(dāng)兩個開關(guān)器件導(dǎo)通并將現(xiàn)有的DC線路電壓施加到相繞組上時，存在一起動時間階段。然后有一個其中一個開關(guān)器件(這里為器件82)被關(guān)斷的“續(xù)流”時間階段以及一個兩個器件都被關(guān)斷的時間階段。在續(xù)流時間階段，電流環(huán)繞由器件80、二極管84和相繞組構(gòu)成的回路進(jìn)行續(xù)流。
圖9a和9b表示根據(jù)本發(fā)明的可以采用續(xù)流控制的角度控制器90的一個實(shí)例。圖9a中的控制器與圖4中的控制器大體相似，但是增加了附加的邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)92和附加的加法器94。附加的邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)92和加法器94產(chǎn)生用于下部開關(guān)器件82的單獨(dú)的觸發(fā)信號。在圖9a的這一實(shí)施例中，將一與預(yù)期的續(xù)流周期的持續(xù)時間相對應(yīng)的信號作為一個輸入施加到加法器94。由代表預(yù)期的導(dǎo)通角的時間間隔的信號中減去這一數(shù)值，以便產(chǎn)生該用于單穩(wěn)92的PULSE WIDTH(脈沖寬度)信號。按照與結(jié)合圖4所示電路上面介紹相似的方式，加法器94和(脈沖)邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)92將控制下部開關(guān)器件82，使得能夠進(jìn)行續(xù)流控制。
在圖9a和9b中表示了由圖9a中的控制器產(chǎn)生的各個信號，作為電動機(jī)運(yùn)行的實(shí)例，相位周期為1 800微秒、關(guān)斷時間為300微秒、定標(biāo)的轉(zhuǎn)矩需求為0.4，續(xù)流時間階段為100微秒，像在圖7a和7b所作的一樣，對時間括以括號。
在圖9a的實(shí)施例中，續(xù)流時間是一個固定的數(shù)值，對其選擇是為使控制器和電動機(jī)系統(tǒng)的聲噪音最小。在這一實(shí)施例中，可以根據(jù)轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的自然諧振選擇續(xù)流時間，或者以實(shí)驗(yàn)方式通過調(diào)節(jié)續(xù)流時間和監(jiān)測系統(tǒng)的聲噪音來確定續(xù)流時間，以便確定產(chǎn)生最小聲噪音的續(xù)流時間。能夠預(yù)計(jì)有另外的實(shí)施例，其中續(xù)流時間是可控的及例如隨電動機(jī)的速度或其它運(yùn)行參數(shù)變化的。還可預(yù)計(jì)有另外的實(shí)施例，其中用于開始續(xù)流的開關(guān)器件在上部和下部器件之間是交替工作的。為了在功率器件之間均衡熱損耗和易于設(shè)計(jì)控制器，在過去已經(jīng)采用過交替續(xù)流。通過將兩個如圖9(a)所示的觸發(fā)信號提供到一多路轉(zhuǎn)換器或類似的器件，從而將信號交替地提供到兩個開關(guān)器件上，就可以實(shí)施這一技術(shù)。
當(dāng)控制器連接的轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)用作一電動機(jī)時，上面的各實(shí)例和討論已表述了本發(fā)明的控制器的工況。當(dāng)轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)用作一發(fā)電機(jī)時，也可以采用本發(fā)明的控制器。當(dāng)轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，控制電路的計(jì)時應(yīng)當(dāng)由來自軸傳感器41的信號邊沿控制起動，該信號邊沿對應(yīng)于與定子磁極對準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子極間軸線。當(dāng)如圖5所示，通過利用RPT信號的上升沿，采用具有統(tǒng)一標(biāo)志占空比的RPT時，就能夠便利地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。通過由軸傳感器41的信號上升沿控制起動該電路。該控制電路就可以結(jié)合按照發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)使用。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以有處理RPT信號的替換方法，例如脈沖序列可以半周期附加相位移，或者可以將RPT在轉(zhuǎn)子軸上移動適當(dāng)?shù)慕嵌?。因而本發(fā)明的控制電路可以應(yīng)用在電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩/速度平面的所有四個象限。
雖然只是結(jié)合上面討論的說明性的實(shí)施例對本發(fā)明做了介紹，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會承認(rèn)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下可以進(jìn)行很多變化。因此，通過舉例方式對幾個實(shí)施例的上述介紹，目的不在于對其限定。本發(fā)明僅是由如下權(quán)利要求的構(gòu)思和范圍限定的。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的控制系統(tǒng)，該電機(jī)包含轉(zhuǎn)子、定子和至少一個相繞組，該系統(tǒng)包含位置測量裝置，用于產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子位置的位置信號；觸發(fā)裝置，包括利用位置信號可觸發(fā)的延遲裝置，以便產(chǎn)生一延遲脈沖，以及觸發(fā)脈沖裝置，可由延遲脈沖觸發(fā)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；以及用于利用觸發(fā)脈沖使至少一個相繞組激磁的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中的觸發(fā)脈沖裝置可由延遲脈沖的終止邊沿觸發(fā)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包含速度測量裝置，用于產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)子速度的速度信號；需求裝置，用于產(chǎn)生一與速度信號和速度需求信號比較值或比例的轉(zhuǎn)矩需求信號；及用于產(chǎn)生相位周期信號的裝置，相位周期信號表示相位周期的持續(xù)時間，觸發(fā)裝置其配置用以接收相位周期信號和轉(zhuǎn)矩需求信號，以及產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，使觸發(fā)脈沖持續(xù)時間為與轉(zhuǎn)矩需求信號的幅值成比例的且為相位周期的一個百分值的觸發(fā)信號。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中的速度測量裝置的配置響應(yīng)于位置信號而產(chǎn)生速度信號。
5.如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其中的需求裝置包含一比較器，其配置用以接收速度信號和速度需求信號，并產(chǎn)生一個由比較器輸出的誤差信號。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，包括一誤差補(bǔ)償器，其配置用以接收誤差信號和響應(yīng)于該信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩需求信號。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中的誤差補(bǔ)償器包括一比例加積分控制器。
8.如權(quán)利要求3至7中之一所述的系統(tǒng)，其中的觸發(fā)裝置包括第一比較器，其配置用以產(chǎn)生代表相位周期和觸發(fā)信號之間差值的第一差值信號；第二比較器，其配置用以產(chǎn)生代表第一差值信號和在由相位周期起始的一預(yù)定持續(xù)時間處的關(guān)斷信號之間差值的第二差值信號；延遲裝置，其響應(yīng)于位置信號產(chǎn)生具有由第二差值信號確定的持續(xù)時間的延遲脈沖；觸發(fā)脈沖裝置響應(yīng)于延遲脈沖產(chǎn)生具有由觸發(fā)信號確定的持續(xù)時間的觸發(fā)脈沖。
9.如權(quán)利要求1至8中之一所述的系統(tǒng)，其中的觸發(fā)裝置包括計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置用于由相位周期信號和轉(zhuǎn)矩需求信號計(jì)算觸發(fā)脈沖持續(xù)時間。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中的計(jì)算裝置包含一乘法器，其配置用以接收相位周期信號和轉(zhuǎn)矩需求信號，并按照兩個信號幅值的乘積產(chǎn)生觸發(fā)信號。
11.如權(quán)利要求1至10中之一所述的系統(tǒng)，其中的觸發(fā)裝置可起動產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，該脈沖的最大持續(xù)時間為由相位周期信號代表的相位周期的二分之一。
12.如權(quán)利要求1至11中之一所述的系統(tǒng)，包括一多路轉(zhuǎn)換器，其配置用以接收觸發(fā)脈沖和位置信號，以便按照轉(zhuǎn)子位置對觸發(fā)脈沖計(jì)時。
13.如權(quán)利要求1至12中之一所述的系統(tǒng)，包含一具有基準(zhǔn)電流輸入端和相電流反饋輸入端的控制裝置，可起動產(chǎn)生斬波方式的控制信號，該系統(tǒng)還包含-AND門，其配置用以接收控制裝置的輸出和觸發(fā)脈沖，基準(zhǔn)電流輸入可設(shè)定在過電流保護(hù)數(shù)值上，以便能夠使觸發(fā)脈沖能用于控制電機(jī)，并且可設(shè)定在較低的數(shù)值上，以便能夠使控制信號用來以斬波方式控制電機(jī)。
14.一種控制轉(zhuǎn)換磁阻式電機(jī)的方法，該電機(jī)包含轉(zhuǎn)子、定子和至少一個相繞組，該方法包含的步驟是測定轉(zhuǎn)子位置，產(chǎn)生一位置信號；產(chǎn)生一由位置信號觸發(fā)的延遲脈沖；產(chǎn)生一由延遲脈沖觸發(fā)的觸發(fā)脈沖；根據(jù)觸發(fā)脈沖對至少一個相繞組進(jìn)行激磁。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，包含的步驟是測定轉(zhuǎn)子的速度；比較轉(zhuǎn)子的速度和需求的速度，以便產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩需求信號；測定對所述速度的相位周期，以便產(chǎn)生相位周期信號；以及產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號用于按照與轉(zhuǎn)矩需求信號幅值成比例的相位周期的百分值，設(shè)定觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中的轉(zhuǎn)子速度是由轉(zhuǎn)子位置的測定產(chǎn)生的。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其中對轉(zhuǎn)子速度和需求速度的比較結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩需求信號，從而降低該速度和需求速度之間的差。
18.如權(quán)利要求15至17中之一所述的方法，其中通過將相位周期信號與觸發(fā)信號比較產(chǎn)生第一差值信號，再將第一差值信號和從相位周期開始具有預(yù)定持續(xù)時間的關(guān)斷信號相比來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，以及其中的延遲脈沖的持續(xù)時間是由第二差值信號確定的，觸發(fā)脈沖在延遲脈沖的尾沿起始產(chǎn)生，具有的持續(xù)時間由觸發(fā)信號確定。
19.如權(quán)利要求14至18中之一所述的方法，包含將相位周期信號與轉(zhuǎn)矩需求信號相乘，以便產(chǎn)生觸發(fā)信號。
20.如權(quán)利要求14至19中之一所述的方法，其中觸發(fā)脈沖的最大持續(xù)時間為二分之一相位周期。
21.如權(quán)利要求14至20中之一所述的方法，包括通過將輸入到控制器的基準(zhǔn)電流設(shè)定在斬波數(shù)值上來以斬波方式控制電機(jī)，或者通過將基準(zhǔn)電流數(shù)值設(shè)定到一較高的數(shù)值，以及對控制器的輸出和觸發(fā)脈沖進(jìn)行AND控制來以單脈沖方式控制電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機(jī)控制器，其利用一不需要查尋表的角度控制器來控制轉(zhuǎn)換磁阻式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。角度控制器采用邊沿觸發(fā)的單穩(wěn)，以便產(chǎn)生一與轉(zhuǎn)子位置同步以及脈沖寬度隨轉(zhuǎn)矩需求變化的單脈沖觸發(fā)信號。該角度控制電路還采用續(xù)流控制。
文檔編號H02P25/08GK1144418SQ9610054
公開日1997年3月5日 申請日期1996年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月4日
發(fā)明者史蒂芬·詹姆斯·沃特金斯 申請人:開關(guān)磁阻驅(qū)動有限公司