开关磁阻电机 控制

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3.5.3 电压信号检测

电压反馈采用霍尔电压传感器，这同样是考虑到霍尔检测元件具有灵敏快速，线性度好，可电隔离的特点。具体型号为VSM025A，原边额定输入电流为10mA，副边额定输出电流为25mA；原边电压测量范围为10～500V，电源电压为?15V，线性度≤0.2%，精度为0.6%，响应时间≤2μs。

V+RiV-12_VSM025A+M电压输出-15V+15VRMM

图3. 16 霍尔电压传感器检测电路

霍尔电压传感器VSM025A接线如图3. 16所示。V＋、V－分别接36V铅酸蓄电池正负极，根据原边额定输入电流值，选择原边串连电阻Ri可取10kΩ6W。调整RM使输出检测电压与实际电池电压满足合适的变比关系。

3.6 小结

本章针对12/10结构开关磁阻电机的控制需要，设计了调速系统，根据其组成，分别阐述了各部分的相关设计参数和功能特点，为进行控制策略设计和系统调节提供了可靠的硬件基础。

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第四章 开关磁阻电机的控制策略及软件实现

对开关磁阻电机ISAD调速系统的控制要求进行分析的基础上，研究了开关磁阻电机的控制策略，并在硬件平台的基础上，针对提出的控制策略进行了DSP控制程序软件设计。

4.1 ISAD系统的控制要求

ISAD系统工作状态可分为起动、助力、发电几个状态，在各状态下对传动电机的控制要求各不相同[40,41]。

常规汽车起动时，由起动电机将发动机带到约200r/min转速时，发动机喷油点火，燃烧室的高温高压气体驱动活塞、连杆、曲轴，发动机依靠自身运转达到怠速（约800r/min）。由于起动点火时，发动机速度离怠速还有较大差距，发动机需要工作在怠速以下及怠速附近区域，油料燃烧不充分，油耗大，并且造成尾气大量排放。混合动力汽车起动时，要求ISAD系统中开关磁阻电机作为起动电机工作，利用其起动转矩大的优势，在短时间内起动到发动机怠速（约800r/min）后，发动机点火起动，从而避免发动机在油耗较大区域（200r/min~800r/min）起动。

加速性能是考验发动机性能的一项很重要的指标。常规汽车的牵引功率完全由发动机决定，而采用ISAD系统的混合动力汽车可以采用并联的动力传动系结构，在加速、爬坡或重载时用开关磁阻电机的电气功率弥补发动机牵引功率的不足，用开关磁阻电机为发动机提供助力，起到功率增强作用，这样采用功率较小的发动机可以达到较强的加速性能。助力时，ISAD系统要求助力电机提供较大的转矩，同时应当保持较高的效率。

当车辆正常行驶过程中，如果蓄电池电量不足，则ISAD系统中开关磁阻电机作为发电机将部分发动机功率转换为电功率为蓄电池充电。此时要求ISAD系统根据检测的母线电流和电池端电压，判断蓄电池的充电状态，在恒流充电阶段进行电流闭环控制，在恒压充电阶段进行电压闭环控制。

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4.2 开关磁阻电机ΙSAD调速系统的控制策略

ISAD系统工作时，控制器根据油门、刹车信号及各个传感器的反馈输入，进行运行状态的判断，给出工作指令，根据不同运行状态，对开关磁阻电机采取不同的控制。

4.2.1 起动状态控制策略

由于开关磁阻电机ISAD系统机械负载是发动机，故开关磁阻电机的起动运行必须与汽车发动机负载相配合，起动时电机起动转矩必须大于发动机的静阻转矩。吉利集团上海华普汽车有限公司某型混合动力汽车要求ISAD系统的输出扭矩曲线如图4. 1所示。

706050T/Nm4030201000500n/(r/min)10001500

图4. 1 实际ISAD系统的输出转矩要求

由于开关磁阻电机ISAD系统的起动状态以获得足够大的起动转矩为目标，对转速的控制没有要求，故可采用转速开环控制。起动时，开关磁阻电机的工作区是在0～800r/min，此时电机的旋转电动势很小，电源电压大部分加在绕组电感上，由于处于绕组电感上升区，电流上升很快，为抑制电流过大，对相电流进行斩波控制，使相电流在导通区间内形成近似“平顶波”的波形。在起动时，为充分利用开关磁阻电机的电感上升区，需要在电感达到上升区以前快速建立起动电流，因此将电机导通角度适当提前，将导通区间固定在转矩最优的区间，通过适当调节电流斩波限，可以控制输出的起动转矩，在短时间将发动机带到怠速。

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4.2.2 助力状态控制策略

助力状态与起动状态同属开关磁阻电机电动运行区间，但助力状态主要在基速以上运行，采用角度位置控制。

在助力工况，转速在800r/min～3000r/min范围内，油门信号为最大值，发动机功率达到额定值，此时由于转速较高，开关磁阻电机旋转电动势较大，相绕组电感两端分得的电源电压较小，由于转速升高各相导通时间减小，因而相电流小于起动时电流斩波限，对开关磁阻电机的控制主要采用固定电流斩波限保护主开关器件，调节开通角和关断角的方式。由于此时旋转电动势大造成电流上升较慢，因此有必要随转速升高适当减小开通角，提前励磁，使工作区电流能达到较大值，同时为防止续流阶段电流在电感下降区仍保有较大值，造成较大的制动转矩，因此还需要随转速升高适当提前关断角，尽量避免有较大电流流入负转矩区。

虽然主要以输出转矩为控制目标，但是考虑到蓄电池储能有限，不能提供长时、高功耗的助力电能，因此还必须同时考虑系统的效率，对助力状态下的开通角和关断角进行优化选取。优化通过测量不同转速下，不同开通角、关断角对应的转矩和效率来完成，制成转速与优化开通角、优化关断角的查找表关系，在助力时通过位置反馈计算转速，查表调节开通角、关断角。

4.2.3 发电状态控制策略

车用铅酸蓄电池的充电模式可简化为两个阶段，即恒流充电和恒压充电。当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0.2C的安培量（C为蓄电池容量）；当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。同时发电机为用电负载供电。当蓄电池组因向负载提供较大电流，造成蓄电池组容量不足时，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。

根据铅酸蓄电池的充电模式，发电工况下，开关磁阻电机分阶段对蓄电池恒流均充和恒压浮充。均充时，对母线电流进行闭环PI控制，浮充时，对蓄电池端电压进行闭环PI控制。根据电池电压阀值进行电流闭环控制到电压闭环控

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