一種電流斬波控制器及實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電流斬波控制器，包括電流采樣電路、微處理器、三相整流橋式電路、濾波電路、三相PWM調(diào)制電路和電機(jī)繞組電路；其中，三相整流橋式電路連接濾波電路，濾波電路連接三相PWM調(diào)制電路，微處理器連接三相PWM調(diào)制電路和三相整流橋式電路，電流采樣電路連接三相PWM調(diào)制電路和電機(jī)繞組電路；本發(fā)明將傳統(tǒng)的電流斬波控制和脈寬調(diào)制通過模糊邏輯控制規(guī)則結(jié)合起來，克服電流斬波控制器開關(guān)頻率不固定、對器件的開關(guān)頻率要求較高的缺點(diǎn)；低的開關(guān)頻率實現(xiàn)了高性能的電流控制，提高驅(qū)動系統(tǒng)的性能。
【專利說明】一種電流斬波控制器及實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種電流斬波控制器及實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動化控制等領(lǐng)域內(nèi)，尤其是對電動機(jī)等相關(guān)控制對象，為了避免過大的電流脈沖對功率開關(guān)器件及電動機(jī)造成損壞及提高系統(tǒng)的可控性，需要對電流峰值進(jìn)行限定，一般采用電流斬波的控制方法。
[0003]該控制方法是讓實際檢測到的電流與電流參考值進(jìn)行實時比較，構(gòu)成電流偏差，如果電流偏差大于預(yù)置的誤差寬度，控制芯片根據(jù)偏差的極值來控制功率開關(guān)器件的開關(guān)或關(guān)斷，讓實際電流跟隨參考電流值。
[0004]這種控制方式，從理論上講可以使實際電流實時跟蹤參考電流，因此不存在延遲或滯后的問題；且由于實施起來比較簡單，目前獲得了廣泛應(yīng)用。
[0005]但是傳統(tǒng)的電流斬波控制器在預(yù)置的電流誤差寬度較小時，對電力電子器件的開關(guān)頻率要求較高等缺點(diǎn)。
[0006]如果電流斬波電力電子器件開關(guān)頻率設(shè)置的比較低，實際電流與參考電流誤差就比較大，造成實際電流圍繞參考電流上下波動較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種電流斬波控制器及實現(xiàn)方法，該電流斬波控制器操作簡單、使用方便、有效地提高系統(tǒng)動態(tài)性能。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種電流斬波控制器，包括電流采樣電路、微處理器、三相整流橋式電路、濾波電路、三相PWM調(diào)制電路和電機(jī)繞組電路；其中:
[0010]三相整流橋式電路，包括若干個二極管，構(gòu)成全相橋式電路，連接交流電源與濾波電路，用于將交流電源電壓整流為方向不變、仍有脈動的直流電；
[0011 ] 濾波電路，包括若干個電解電容，連接在三相整流橋式電路和三相PWM調(diào)制電路之間，用于過濾方向不變、仍有脈動的直流電中的脈動；
[0012]微處理器，連接三相PWM調(diào)制電路與電流采樣電路，根據(jù)采樣返回的電流，發(fā)出控制信號，控制三相PWM調(diào)制電路中各項電子器件的通斷；
[0013]三相PWM調(diào)制電路，包括若干個二極管和場效應(yīng)管，連接濾波電路和微處理器，用于斬波調(diào)制直流電，以控制電機(jī)繞組電路；
[0014]電機(jī)繞組電路，連接三相PWM調(diào)制電路和電流采樣電路，接收三相PWM調(diào)制電路斬波處理后的直流電，控制電機(jī)的運(yùn)行；
[0015]電流采樣電路，連接在微處理器和電機(jī)繞組電路之間，用于采集電動機(jī)控制電路中的實際電流值，采樣電流值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微處理器。
[0016]所述微處理器為數(shù)字信號處理器、可編程邏輯控制器、電子控制單元中的一種。[0017]基于上述電流斬波器的實現(xiàn)方法，具體步驟為:
[0018](I)采集電動機(jī)的實際電流:電動機(jī)的實際電流經(jīng)過采樣電路采集后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入微處理器；
[0019](2)計算電流偏差:將給定電流參考值與實際檢測電流相比較，構(gòu)成電流偏差；
[0020](3)改變脈沖寬度占空比，根據(jù)實際電流偏差與預(yù)置電流誤差和其誤差變化率的關(guān)系，在微處理器程序中按照下面的規(guī)則實時改變脈沖寬度的占空比:
[0021]當(dāng)電流誤差為[0，h][0，2h]，[0，3h]，[0，4h]，[0，5h]范圍內(nèi)時，低電平的占空比分別為 20%、40%、60%，80%、100% ；
[0022]當(dāng)電流誤差為[_h, 0] [-2h, 0], [~3h, 0], [~4h, 0], [~5h, 0]范圍內(nèi)時，聞電平的占空比分別為 20%、40%、60%，80%、100% ；
[0023]其中，h為參考電流的一定比例值，大于0，比如0.5%、1%、1.5%等數(shù)值，具體數(shù)值的大小根據(jù)系統(tǒng)對電流控制精度的要求來確定；
[0024](4)實現(xiàn)電流斬波控制:微處理器的I/O管腳輸出信號控制電力電子器件的開通或關(guān)斷實現(xiàn)更平滑的電流斬波控制。
[0025]本發(fā)明的工作原理為:實時監(jiān)測電動機(jī)繞組的實際電流，利用微處理器對電流進(jìn)行對比分析，通過調(diào)節(jié)主電路中相關(guān)電力電子元件，對三相電整流的直流電進(jìn)行通斷控制，實現(xiàn)對電動機(jī)的高性能控制。
[0026]本發(fā)明的有益效果為:
[0027]1、將傳統(tǒng)的電流斬波控制和脈寬調(diào)制通過模糊邏輯控制規(guī)則結(jié)合起來，克服電流斬波控制器開關(guān)頻率不固定、對器件的開關(guān)頻率要求較高的缺點(diǎn)；
[0028]2、低的開關(guān)頻率實現(xiàn)了聞性能的電流控制，提聞驅(qū)動系統(tǒng)的性能；
[0029]3、方法簡單，使用方便，實時監(jiān)測電動機(jī)的實際電流，及時調(diào)制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為微處理器與主電路連接圖；
[0031]圖2為開關(guān)磁阻電機(jī)A相繞組與不對稱結(jié)構(gòu)主電路連接示意圖；
[0032]圖3為A相繞組從通電到關(guān)斷續(xù)流的二種狀態(tài)不意圖；
[0033]圖4為開關(guān)磁阻電機(jī)理想電流波形示意圖；
[0034]圖5為開關(guān)磁阻電機(jī)理想電流斬波控制時Qff1、Qal驅(qū)動側(cè)脈寬調(diào)制示意圖；
[0035]圖6為開關(guān)磁阻電機(jī)所提出的電流斬波控制方驅(qū)動側(cè)脈寬調(diào)制示意圖。
【具體實施方式】:
[0036]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]如圖1所示，一種電流斬波控制器，包括電流采樣電路、微處理器、三相整流橋式電路、濾波電路、三相PWM調(diào)制電路和電機(jī)繞組電路；其中:
[0038]三相整流橋式電路，包括若干個二極管，構(gòu)成全相橋式電路，連接交流電源與濾波電路，用于將交流電源電壓整流為方向不變、仍有脈動的直流電；
[0039]濾波電路，包括若干個電解電容，連接在三相整流橋式電路和三相PWM調(diào)制電路之間，用于過濾方向不變、仍有脈動的直流電中的脈動；[0040]微處理器，連接三相PWM調(diào)制電路與電流采樣電路，根據(jù)采樣返回的電流，發(fā)出控制信號，控制三相PWM調(diào)制電路中各項電子器件的通斷；
[0041 ] 三相PWM調(diào)制電路，包括若干個二極管和場效應(yīng)管，連接濾波電路和微處理器，用于斬波調(diào)制直流電，以控制電機(jī)繞組電路；
[0042]電機(jī)繞組電路，連接三相PWM調(diào)制電路和電流采樣電路，接收三相PWM調(diào)制電路斬波處理后的直流電，控制電機(jī)的運(yùn)行；
[0043]電流采樣電路，連接在微處理器和電機(jī)繞組電路之間，用于采集電動機(jī)控制電路中的實際電流值，采樣電流值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微處理器。
[0044]如圖2所示，交流電壓通過前端的三相整流橋式電路整流變成帶有諧波的直流，然后通過中間的濾波電容形成直流，最后經(jīng)過控制電路中電子電子器件的有序開通和關(guān)斷來實現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)的控制。
[0045]如圖3所示，以A相繞組為例，繞組從通電到關(guān)斷續(xù)流的三種狀態(tài)，狀態(tài)a是橋臂中電力電子器件QlU和QlD同時開通，電流經(jīng)過直流電壓正極、Q1U、繞組A、Q1D、到直流電壓負(fù)極。狀態(tài)b是橋臂中電力電子器件QlU關(guān)斷，QlD開通，由于繞組中的電感，電流不能突然消減為零，在狀態(tài)1中所形成的繞組電流在繞組A、Q1D、DlD形成的回路中續(xù)流。狀態(tài)c是是橋臂中電力電子器件QlU和QlD同時關(guān)斷，繞組A中電流在繞組A、D1U、直流電壓正極、直流電壓負(fù)極、DlD形成的回路中續(xù)流。
[0046]如圖4所示，上半部分中La表示開關(guān)磁阻電感曲線，根據(jù)電感的隨轉(zhuǎn)子位置的變化，來確定開關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的理想電流波形和其開通9。?和關(guān)斷角9。?的位置。圖中下半部分為采用電流斬波控制方法，取電流上限為iaffl+h，電流下限為時，繞組A中的實際電流波形示意圖，其中h為參考電流的一定比例值，大于0，取1%在實際實現(xiàn)上述的電流斬波控制時，實際電流與參考電流的偏差如果設(shè)置的比較小，就需要電流斬波控制的開關(guān)頻率非常高，這樣電流電子器件的開關(guān)損耗就會增大。如果實際電流與參考電流的偏差如果設(shè)置的比較大，電流斬波控制的開關(guān)頻率雖然下降了，但是實際電流不能很好的跟隨參考電流，電流波動比較大，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩波動。
[0047]如圖5所示，給定電流參考值與實際檢測電流相比較構(gòu)成電流偏差，如果電流偏差大于預(yù)置的誤差寬度，這只臂就根據(jù)電流偏差極性情況開通或關(guān)斷，使得實際電流在給定電流值土h的范圍內(nèi)。圖5中Qah和Qal驅(qū)動側(cè)脈寬調(diào)制示意圖為實現(xiàn)繞組A中的實際電流i 波形示意圖時，電力電子器件Q1D、DlD驅(qū)動側(cè)脈寬調(diào)制(PWM)示意圖。圖中T為達(dá)到理想的電流所需的最小中斷周期，1/T為實現(xiàn)電流斬波控制的開關(guān)頻率。
[0048]本發(fā)明中的電流控制器對上述傳統(tǒng)電流斬波控制方法進(jìn)行改進(jìn)。電動機(jī)的實際電流經(jīng)過電流采樣電路后，進(jìn)入到處理器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。給定電流參考值與實際檢測電流相比較構(gòu)成電流偏差，如果電流偏差超出預(yù)置的誤差值，根據(jù)實際電流偏差與預(yù)置電流誤差和其誤差變化率的關(guān)系在中斷程序中根據(jù)所設(shè)定的模糊邏輯規(guī)則實時改變改變脈沖寬度(PWM)的占空比，PWM或I/O管腳輸出信號控制電力電子器件的開通或關(guān)斷實現(xiàn)更平滑的電流斬波控制。
[0049]如圖6所示，電流誤差形成開關(guān)磁阻電機(jī)所提出的電流斬波控制方法QiunQm驅(qū)動側(cè)脈寬調(diào)制(PWM)示意圖。將實 際電流分成i參考土h、i參考±2h、i參考±3h、i參考±4h、i參考±5h幾段。以i_±h為例，在實際電流大于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%關(guān)斷，而是按照20%占空比關(guān)斷；在實際電流小于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%開通，而是按照20%占空比開通。
[0050]實際電流在i#；t±2h內(nèi)時，在實際電流大于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%關(guān)斷，而是按照40%占空比關(guān)斷；在實際電流小于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%開通，而是按照40%占空比開通。
[0051]實際電流在i#$±3h內(nèi)時，在實際電流大于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%關(guān)斷，而是按照60%占空比關(guān)斷；在實際電流小于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%開通，而是按照60%占空比開通。
[0052]實際電流在i#；t±4h內(nèi)時，在實際電流大于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%關(guān)斷，而是按照80%占空比關(guān)斷；在實際電流小于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件不是100%開通，而是按照80%占空比開通。
[0053]實際電流在i#$±5h內(nèi)時，在實際電流大于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件100%關(guān)斷；在實際電流小于上限時，中斷周期內(nèi)電力電子器件100%開通。
[0054]通過實際的應(yīng)用證明上述的電流斬波控制控制器能夠明顯提高驅(qū)動系統(tǒng)的性能，由于電流斬波控制方法將傳統(tǒng)的電流斬波控制和脈寬調(diào)制通過模糊邏輯控制規(guī)則結(jié)合起來，克服電流斬波控制器開關(guān)頻率不固定、對器件的開關(guān)頻率要求較高等缺點(diǎn)。該控制器用比較低的開關(guān)頻率實現(xiàn)了高性能的電流控制方法。
[0055]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電流斬波控制器，其特征是:包括電流采樣電路、微處理器、三相整流橋式電路、濾波電路、三相PWM調(diào)制電路和電機(jī)繞組電路；其中: 三相整流橋式電路，包括若干個二極管，構(gòu)成全相橋式電路，連接交流電源與濾波電路，用于將交流電源電壓整流為方向不變、仍有脈動的直流電； 濾波電路，包括若干個電解電容，連接在三相整流橋式電路和三相PWM調(diào)制電路之間，用于過濾方向不變、仍有脈動的直流電中的脈動； 微處理器，連接三相PWM調(diào)制電路與電流采樣電路，根據(jù)采樣返回的電流，發(fā)出控制信號，控制三相PWM調(diào)制電路中各項電子器件的通斷； 三相PWM調(diào)制電路，包括若干個二極管和場效應(yīng)管，連接濾波電路和微處理器，用于斬波調(diào)制直流電，以控制電機(jī)繞組電路； 電機(jī)繞組電路，連接三相PWM調(diào)制電路和電流采樣電路，接收三相PWM調(diào)制電路斬波處理后的直流電，控制電機(jī)的運(yùn)行； 電流采樣電路，連接在微處理器和電機(jī)繞組電路之間，用于采集電動機(jī)控制電路中的實際電流值，采樣電流值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微處理器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電流斬波控制器，其特征是:所述微處理器為數(shù)字信號處理器、可編程邏輯控制器、電子控制單元中的一種。
3.基于上述電流斬波器的實現(xiàn)方法，其特征是:具體步驟為: (1)采集電動機(jī)的實際電流:電動機(jī)的實際電流經(jīng)過采樣電路采集后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入微處理器； (2)計算電流偏差:將給定電流參考值與實際檢測電流相比較，構(gòu)成電流偏差； (3)改變脈沖寬度占空比，根據(jù)實際電流偏差與預(yù)置電流誤差和其誤差變化率的關(guān)系，在微處理器程序中按照下面的規(guī)則實時改變脈沖寬度的占空比: 當(dāng)電流誤差為[0，h][0，2h]，[0，3h]，[0，4h]，[0，5h]范圍內(nèi)時，低電平的占空比分別為 20%、40%、60%，80%、100% ； 當(dāng)電流誤差為[_h，0] [_2h，0]，[_3h，0]，[_4h，0]，[_5h，0]范圍內(nèi)時，高電平的占空比分別為 20%、40%、60%，80%、100% ； 其中，h為參考電流的一定比例值，大于O，比如0.5%、1%、1.5%等數(shù)值，具體數(shù)值的大小根據(jù)系統(tǒng)對電流控制精度的要求來確定； (4)實現(xiàn)電流斬波控制:微處理器的I/O管腳輸出信號控制電力電子器件的開通或關(guān)斷實現(xiàn)更平滑的電流斬波控制。
【文檔編號】H02P23/14GK103607160SQ201310643065
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】周廣旭, 李豹, 張延波, 劉媛, 謝愛珍 申請人:山東省科學(xué)院自動化研究所