[发明专利]一种基于复杂可编程逻辑器的开关磁阻电机起动与发电控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机起动/发电控制系统领域，特别基于复杂可编程逻辑器(CPLD)控制的控制系统。

背景技术

本文提出的用于SR电机起动/发电系统的数模混合控制装置是以复杂可编程逻辑器件CPLD为基础的，CPLD作为系统控制的核心，它的有效与否，直接决定了系统的整体性能，因此起着十分重要的作用。

近几十年来，数字集成电路得到了飞速发展和广泛应用，随着微电子技术和EDA技术的发展，可编程逻辑器件PLD应运而生，从20世纪70年代发展到现在,已形成了许多类型的产品,其结构、工艺、集成度、速度和性能等都在不断改进和提高。该器件作为通用的集成电路芯片在通信、电子、自动化等领域获得了广泛的应用，CPLD控制技术也相继出现，并成为继单片机和PLC之后的又一种新兴控制模式，在电机控制领域(特别是磁阻电机控制)的应用也越来越广泛。

PLD器件的发展经历了低密度和高密度两个阶段。低密度的PLD器件(如GAL芯片)只能实现规模较小的电路，完成非常简单的功能。在20世纪80年代中期，出现了高密度的PLD器件，即复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA,并出现了相应的开发软件平台，与低密度的器件相比，CPLD和FPGA具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高和在线编程(ISP)等优点，而且比专用集成电路ASIC设计开发周期短、设计制造成本低。高密度PLD器件的出现及设计工具软件的不断改进，极大地推动了可编程逻辑器件的广泛应用。

近年来，随着集成电路的深亚微米制造技术和设计技术的发展，集成电路进入了片上系统(System On a Chip－SOC)，即所谓的系统级时代。SOC技术在单一芯片上实现了过去需要多片集成电路才能完成的功能，大大提高了系统性能并降低了系统的功耗。随着SOC技术的发展，出现了面向SOC的PLD器件，目前SOC PLD芯片的密度已达千万门，为SOC的广泛应用提供了坚实的基础。

目前世界上有十几家生产PLD的公司，其中Altera，Xilinx，Lattice-Vantis三家公司为全球最大的PLD生产商，而Altera和Xilinx公司则占有了60％以上的市场份额，它们的产品品种齐全，开发简单，产品采购和技术支持都比较方便，因此成为主流产品，可以说Altera和Xilinx共同决定了PLD技术发展的方向。在所有的PLD产品中，不同公司的产品在结构上不尽相同，其中Xilinx公司的FPGA和Altera公司的CPLD产品结构最有特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中控制器控制效果不理想的不足，本发明提供一种基于CPLD的开关磁阻电机起动/发电控(SRD/G)制系统方案，包括：

(1)控制系统的组成

该系统主要由汽车发动机、三相SR电机、24V低压蓄电池组、功率变换电路和CPLD控制器及其外围电路构成,其中CPLD控制器及其外围电路为系统的核心部分,蓄电池在系统中作为能量缓冲器，当开关磁阻电机做电动运行时为其提供励磁，当开关磁阻电机做发电运行时吸收电机发出的电能，如图1所示。

(2)控制单元的设计

CPLD的控制单元模块主要完成电机运行状态的自动切换，以实现SR电机起动/助力/发电的一体化。本系统采用改进的Moore型有限状态机进行控制单元的设计，改进的Moore型有限状态机省掉了输出逻辑部分，信号直接从状态寄存器输出，减小了毛刺信号发生的概率，提高了控制信号转换的可靠性。SR电机运行按状态转换表进行转换。

(3)驱动脉冲的产生及输出

开关磁阻电机的驱动脉冲信号是由转子位置信号综合而成，如图2所示。图中A、B、C为三相位置信号，其初始角度为27°，Z1为综合位置信号，A1、B1、C1为电动状态时的三相驱动信号，其初始开通关断角度为－3°—42°，YA、YB、YC为发电状态时的三相驱动信号，其初始开通关断角度为－27°—57°。综合而成的驱动信号经脉宽调制输出，可直接输送至功率变换的驱动电路，生成最终的驱动脉冲。

(4)速度的数字检测

间隔式T法测速遵循如下原理：电机转速是连续变化的，相邻两个位置脉冲的宽度总是近似相等的。使用该测速方式，只需一个计数器即可，它在光电输出脉冲的上升沿启动计数，并在相邻脉冲的上升沿停止计数和清零，其测速的时序原理如图3所示。间隔式T法测速的计算方法同T法测速，其测量误差主要取决于基准时钟脉冲频率，减小误差并提高测量精度的有效方法就是提高时基脉冲频率。

(5)转子位置检测