一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路、装置和控制方法

1.本发明涉及开关磁阻电机的功率变换装置及其控制方法，具体涉及一种应用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路及其交直流控制方法。


背景技术：

2.化石能源与全球环境问题制约着人类的生存与发展，在低碳清洁能源发展的浪潮下，新一轮的科技与产业革命已经到来，而开关磁阻电机凭借其在风能、波浪能和潮汐能等可再生能源系统和电动汽车驱动系统中应用的出色效用被广泛关注。
3.新能源电动汽车由电池管理系统、电机驱动系统、电控系统等三大核心部分组成，其中电机驱动系统发挥着缓解开关磁阻电机非线性特性的重要作用，它的驱动特性决定着整车的性能定位。而功率变换器通过加速电机进磁和退磁速度，缩短电机换相周期，改善磁阻电机的转矩曲线。非对称h桥拓扑是最早被应用的电机驱动变换器之一，然而它不具备升压能力，器件数量和连线数较多，并且不能提供冗余开关状态实现磁化过程，相应地会降低变换器的可靠性。
4.针对开关磁阻电机的转矩脉动问题，可以通过增加电机的相数从功率上减小每相输出功率，降低系统对拓扑器件的要求，同时也能增加电压控制矢量个数，增加更多的控制集和和选择方式，明显提高系统的运行性能。但与此同时，也会相应增加功率变换器的主接线数、器件数量，并且也会在一定程度上增加控制的设计难度和计算量。
5.因此，如何设计一种适用于多相开关磁阻电机的功率变换装置，提升功率变换器的驱动电平多样性，同时适配直流和交流不同模式下的驱动和充电状态，为其匹配相应的控制方案，是本领域人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.基于以上技术问题，本发明提供一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路、装置和控制方法，可以配置为不同拓扑结构，实现直流驱动模式与交流充电模式的切换；同时拓宽电压选择范围，解决电机在高速、低速等多场景需要满足快速励磁、退磁的运行要求，并实现电机多相的独立控制，进一步优化开关磁阻电机驱动系统的整体性能。
7.本发明的变结构驱动电路的技术方案为：
8.设计一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路，其特征在于，包括：储能电池v
bess
、电感l、前端双向dc-dc变换器、交流单相插座vs、第一电容c1、第二电容c2、第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3、第四继电器k4及第五继电器k5、二端口转换继电器j1、开关磁阻电机多相绕组ln、n+3个开关管和n+6个二极管；其中n为不小于2的偶数。
9.所述储能电池v
bess
的正极与电感l的正极相连接，储能电池v
bess
的负极与前端双向dc-dc变换器中开关管s
boost
的源极连接，电感l的负极与开关管s
boost
的漏极、s
buck
的源极连接；所述前端双向dc-dc变换器中开关管s
buck
的漏极与二端口转换继电器j1的第二输入端b、
开关管s1的漏极与二极管d2的阳极连接；所述开关管s1的源极与第一电容c1的负极、开关管s4和开关管s5的源极连接，开关管s1的漏极与二极管d2、d3、d4的阳极连接，第一电容c1的正极与二端口转换继电器j1的输出端连接；所述二端口转换继电器j1的第一输入端a与第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3的一端连接；所述第一继电器k1的另一端与二极管d1的阳极连接；所述第二继电器k2的另一端与第二电容c2的阴极连接；所述第三继电器k3的另一端与第二电容c2的阳极、二极管d1的阴极连接；所述交流单相插座vs的一端与第四继电器k4的一端连接，交流单相插座vs的另一端与第五继电器k5的一端连接；所述第四继电器k4的另一端与b相桥臂的开关磁阻电机绕组lb的正极、二极管d4的阴极与开关管s3的源极连接；所述第五继电器k5的另一端与a相桥臂的开关磁阻电机绕组la的正极、二极管d3的阴极与开关管s2的源极连接；所述开关管s2、s3的漏极与二极管d1的阴极连接。
10.所述电力电子开关器件为igbt管；或所述电力电子开关器件为nmos管；
11.所述变结构驱动电路与n相开关磁阻电机连接，正交a相、c相至n-1相并联实现电机绕组的正半周交流充电，正交b相、d相至n相并联实现电机绕组的负半周交流充电；a相桥臂由开关磁阻电机a相绕组la、开关管s4和二极管d5组成，开关磁阻电机绕组la的负极与开关管s4的漏极、二极管d5的阳极连接，二极管d5的阴极与开关管s2的漏极连接；b相桥臂由开关磁阻电机b相绕组lb、开关管s5和二极管d6组成，开关磁阻电机绕组lb的负极与开关管s5的漏极、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阴极与开关管s3的漏极连接；c相桥臂由开关磁阻电机c相绕组lc、开关管s6和二极管d7组成，开关磁阻电机绕组lc的负极与开关管s6的漏极、二极管d7的阳极连接，开关管s6的源极与开关管s1的源极连接，二极管d7的阴极与开关管s2的漏极连接；d相桥臂由开关磁阻电机d相绕组ld、开关管s7和二极管d8组成，开关磁阻电机绕组ld的负极与开关管s7的漏极、二极管d8的阳极连接，开关管s7的源极与开关管s1的源极连接，二极管d8的阴极与开关管s3的漏极连接；n-1相桥臂由开关磁阻电机n相绕组l
n-1
、开关管s
n+2
和二极管d
n+3
组成，开关磁阻电机绕组l
n-1
的负极与开关管s
n+2
的漏极、二极管d
n+3
的阳极连接，开关管s
n+2
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+3
的阴极与开关管s2的漏极连接；n相桥臂由开关磁阻电机n相绕组ln、开关管s
n+3
和二极管d
n+4
组成，开关磁阻电机绕组ln的负极与开关管s
n+3
的漏极、二极管d
n+4
的阳极连接，开关管s
n+3
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+4
的阴极与开关管s3的漏极连接；二极管d
n+5
的阴极与开关磁阻电机绕组l
n-1
的正极连接，二极管d
n+5
的阳极与开关管s
n+2
的源极连接；二极管d
n+6
的阴极与开关磁阻电机绕组ln的正极连接，二极管d
n+6
的阳极与开关管s
n+3
的源极连接。
12.所述变结构驱动电路根据储能电池状态变换结构：当切换为直流驱动模式时，变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路，此时二端口转换继电器j1始终保持在第一输入端a处，第三继电器k3至第五继电器k5始终保持断开，此时电机绕组实现四电平驱动，分别为：v
c1
+v
c2
，v
c1
，0，-v
c1-v
c2
。
13.当切换为交流充电模式时，变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路，开关管s1、s2、s3和第一继电器k1和第二继电器k2始终保持断开，第四继电器k4和第五继电器k5始终保持闭合；通过切换二端口转换继电器j1的输入端，实现交流电源、电机绕组、第一电容c1和储能电池v
bess
之间的能量传输和存储。
14.本发明还提供了一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动装置，其特征在于，包括：前面实施例所述的变结构驱动电路
15.本发明的控制方法的技术方案为：
16.一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，通过根据本发明所述的变结构驱动电路实现，其特征在于：包含直流控制回路和交流控制回路，将第一电容电压、电感电流、电机转速、电机位置和输入交流电压、输入交流电流作为耦合控制矢量，并采用与控制矢量相匹配的pwm占空比决定变结构驱动电路中所有开关管的导通、关断状态，实现电机在直流驱动模式和交流充电模式的高速、低速运转和制动运行，并控制电机各相有序交替运行；当变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路时，运行直流控制回路；当变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路时，运行交流控制回路。
17.所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述直流控制回路包括惯性编码器、计数器、速度估算器、位置估算器、求差模块sub、求积模块mul、霍尔传感器、相位状态pwm信号发生器、电压传感器、电流传感器、pi控制器、异或门xor、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、转速参考值
*
。
18.所述第一电压参考值v
c1*
与第一求差模块sub1的正输入端连接；所述第一求差模块sub1的负输入端与第一电压传感器的输出端连接；所述第一求差模板sub1的输出端与第一pi控制器的输入端连接，第一pi控制器的输出端与第二求差模块sub2的正输入端连接；所述第二求差模块sub2的负输入端与第一电流传感器的输出端连接，第二求差模块sub2的输出端与第二pi控制器的输入端连接，第二pi控制器的输出端与第一pwm信号发生器的输入端连接；所述第一pwm信号发生器的输出端与第一驱动电路的输入端连接，第一驱动电路的输出端与开关管s1的栅极连接。
19.所述惯性编码器的输出端与计数器的输入端连接；所述计数器的输出端与速度估算器和位置估算器的第一输入端连接；所述霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与第三异或门xor3的输入端连接；所述第三异或门xor3的输出端与位置估算器的第二输入端连接；所述位置估算器的输出端、霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与相位状态pwm信号发生器的输入端连接；所述相位状态pwm信号发生器的输出端与第三驱动电路的输入端连接；所述第三驱动电路的输出端与开关管s4至s
n+3
的栅极连接；所述速度估算器的输出端与第三求差模块sub3的负输入端连接，第三求差模块sub3的正输入端与转速参考值
*
连接；所述第三求差模块sub3的输出端与第三pi控制器的输入端连接；所述第三pi控制器的输出端与第一求积模块mul1的第二输入端、第二求积模块mul2的第二输入端连接；所述第一异或门xor1的输入端与开关管s4、s6至s
n+2
的栅极连接，第一异或门xor1的输出端与第一求积模块mul1的第一输入端连接；所述第二异或门xor2的输入端与开关管s5、s7至s
n+3
的栅极连接，第二异或门xor2的输出端与第二求积模块mul2的第一输入端连接；所述第一求积模块mul1的输出端与第四求差模块sub4的正输入端连接；所述第二求积模块mul2的输出端与第五求差模块sub5的正输入端连接；所述第四求差模块sub4的负输入端与第二电流传感器的第一输出端连接；所述第五求差模块sub5的负输入端与第二电流传感器的第二输出端连接；所述第四求差模块sub4的输出端与第四pi控制器的输入端连接；所述第五求差模块sub5的输出端与第五pi控制器的输入端连接；所述第四pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第一输入端连接；所述第五pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第二输入端连接；所述第二pwm信号发生器的输出端与第二驱动电路的输入端连接；所述第二驱动电路的输出端与开关管s2、s3的栅极连接。
20.第二电感传感器的输出端与第六求差模块sub6的负输入端连接；所述第六求差模块sub6的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第六求差模块sub6的输出端与第六pi控制器的输入端连接；所述第六pi控制器的输出端与第三pwm信号发生器的输入端连接；所述第三pwm信号发生器的输出端与第四驱动电路的输入端连接；所述第四驱动电路的输出端与开关管s
boost
的栅极连接。
21.所述结构驱动电路控制方法中的直流控制回路，其特征在于：
22.所述霍尔传感器的两个输出端中一端产生电磁信号时，由位置估算器对电机转子进行角度测量，并根据该转子角度与霍尔传感器的电磁信号进行相位状态的逻辑判断，产生电机各个相位的换相信号，控制电机各相有序运行。
23.所述第一电压传感器中检测的第一电容实际电压v
c1
与第一电压参考值v
c1*
进行误差比较与pi控制；所述第一pi控制器的输出结果作为电感l的电流参考值i
l*
，并与第一电流传感器检测到的电感电流i
l
进行误差比较与pi控制；所述第二pi控制器的输出结果输入到第一pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s1的驱动信号，控制开关管s1将能量中转储存在第一电容c1和第二电容c2当中。
24.所述速度估算器对实际电机转速进行测量，并与转速参考值
*
进行误差比较与pi控制；所述第三pi控制器的输出结果与电机各个相位的换相信号进行乘法耦合，耦合结果作为电机运转相的相电流参考值，并与第二电流传感器检测到的电机实际相电流值进行误差比较与pi控制；所述第四pi控制器和第五pi控制器的输出结果输入到第二pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s2和s3的驱动信号，控制开关管s2和s3将电容能量反馈到电机绕组当中，续流电机各相绕组电流。
25.所述第二电压传感器对储能电池的实际电压v
bess
进行测量，并与第二电压参考值v
bess*
进行误差比较与pi控制；所述第六pi控制器的输出结果输入到第三pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s
boost
的驱动信号，控制前端双向dc-dc变换器将储能电池电压升压为直流母线电压并维持恒定；所述直流母线电压为多相开关磁阻电机在直流驱动模式下的额定电压。
26.所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述交流控制回路包括求差模块sub、求积模块mul、倒数计算模块、绝对值计算模块、电压传感器、电流传感器、pi控制器、二端口转换继电器j2、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、电流参考值i
l*
。
27.第三电压传感器的输出端与倒数计算模块的输入端连接；所述倒数计算模块的输出端与绝对值计算模块的输入端连接；所述绝对值计算模块的输出端与第三求积模块mul3的第一输入端连接；第四电压传感器的输出端与第七求差模块sub7的负输入端连接；所述第七求差模块sub7的正输入端与第一电压参考值v
c1*
连接；所述第七求差模块sub7的输出端与第七pi控制器的输入端连接；所述第七pi控制器的输出端与第三求积模块mul3的第二输入端连接；所述第三求积模块mul3的输出端与第八求差模块sub8的正输入端连接；所述第八求差模块sub8的负输入端与第三电流传感器的输出端连接；所述第八求差模块sub8的输出端与第八pi控制器的输入端连接；所述第八pi控制器的输出端与第四pwm信号发生器的输入端连接；所述第四pwm信号发生器的输出端与第五驱动电路的输入端连接；所述第五驱动电路的输出端与开关管s4、s5至s
n+3
的栅极连接；第五电压传感器的输出端与第九求差模块
sub9的负输入端连接；所述第九求差模块sub9的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第九求差模块sub9的输出端与第九pi控制器的输入端连接；所述第九pi控制器的输出端与二端口转换继电器j2的第一输入端a连接；所述二端口转换继电器j2的第二输入端b与电流参考值i
l*
连接；所述二端口转换继电器j2的输出端与第十求差模块sub
10
的正输入端连接；所述第十求差模块sub
10
的负输入端与第四电流传感器的输出端连接；所述第十求差模块sub
10
的输出端与第十pi控制器的输入端连接；所述第十pi控制器的输出端与第五pwm信号发生器的输入端连接；所述第五pwm信号发生器的输出端与第六驱动电路的输入端连接；所述第六驱动电路的输出端与开关管s
buck
的栅极连接。
28.所述的变结构驱动电路控制方法中的交流控制回路，其特征在于：所述交流控制回路采用外部电压控制回路，将第四电压传感器检测到的第一电容实际电压v
c1
恒定维持在第一电压参考值v
c1*
，并对其进行误差比较与pi控制，生成参考电流值i
c1*
；同时将第三电压传感器检测到的实际交流电压vs进行倒数和绝对值运算，输出运算结果与参考电流值i
c1*
相乘，生成输入交流电流参考值i
s*
，并与第三电流传感器检测到的实际输入交流电流is进行误差比较与pi控制，产生电机在交流充电模式下各个相位的换相信号。
29.所述前端双向dc-dc变换器在交流充电模式下，s
boost
始终保持在关断状态；s
buck
始终保持在导通状态；所述前端双向dc-dc变换器将储存在第一电容c1中的能量降压传输给储能电池v
bess
，对其充电。
30.所述交流控制回路根据储能电池充电的电压状态，切换二端口转换继电器j2为第一输入端a时，开关管s
buck
应用闭环电压控制回路，实现恒压充电模式；当二端口转换继电器j2切换第二输入端b时，开关管s
buck
应用闭环电流控制回路，实现恒流充电模式。
31.本发明的上述技术方案相比较现有技术，具有以下有益效果：
32.(1)拓扑具有可重构性，集成直流驱动模式和交流充电模式，集成车载充电功能，无需额外的充电模块；
33.(2)直流驱动模式下可以应用更高的励磁和去磁电压，加速电机绕组相电流通电或断电速度，减小相电流通电或断电所需的角宽度，抑制电机输出相尾电流，增强电机的恒定输出转矩区域和功率区域；
34.(3)将设计的驱动电路应用对象扩展为多相的开关磁阻电机，并匹配不同模式下的控制方法，结合多个电压、电流控制矢量和电机转速、位置等多个控制变量的协同优化，实现电机在不同负载下的平稳起动和各相的稳定有序运行；
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
36.图1为本技术提供的一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路及控制方法示意图；
37.图2为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态1示意图；
38.图3为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态2示意图。
39.图4为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态3示意图。
40.图5为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态4示意图。
41.图6为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态5示意图。
42.图7为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的模态6示意图。
43.图8为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在直流驱动模式下的相绕组电压波形图
44.图9为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在交流充电模式下的模态1示意图。
45.图10为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在交流充电模式下的模态2示意图。
46.图11为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在交流充电模式下的模态3示意图。
47.图12为本技术一个实施案例中提供的变结构驱动电路在交流充电模式下的模态4示意图。
48.图13为本技术一个实施案例中提供的电机在交流充电模式下的理论波形图。
具体实施方式
49.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图中的实例对本发明作进一步的描述。附图中给出仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
50.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
51.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.如图一所示为本发明提出的一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路及控制方法。
53.该变结构驱动电路，包括：储能电池v
bess
、电感l、前端双向dc-dc变换器、交流单相插座vs、第一电容c1、第二电容c2、第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3、第四继电器k4及第五继电器k5、二端口转换继电器j1、开关磁阻电机多相绕组ln、n+3个开关管和n+6个二极管；其中n为不小于2的偶数。
54.所述储能电池v
bess
的正极与电感l的正极相连接，储能电池v
bess
的负极与前端双向
dc-dc变换器中开关管s
boost
的源极连接，电感l的负极与开关管s
boost
的漏极、s
buck
的源极连接；所述前端双向dc-dc变换器中开关管s
buck
的漏极与二端口转换继电器j1的第二输入端b、开关管s1的漏极与二极管d2的阳极连接；所述开关管s1的源极与第一电容c1的负极、开关管s4和开关管s5的源极连接，开关管s1的漏极与二极管d2、d3、d4的阳极连接，第一电容c1的正极与二端口转换继电器j1的输出端连接；所述二端口转换继电器j1的第一输入端a与第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3的一端连接；所述第一继电器k1的另一端与二极管d1的阳极连接；所述第二继电器k2的另一端与第二电容c2的阴极连接；所述第三继电器k3的另一端与第二电容c2的阳极、二极管d1的阴极连接；所述交流单相插座vs的一端与第四继电器k4的一端连接，交流单相插座vs的另一端与第五继电器k5的一端连接；所述第四继电器k4的另一端与b相桥臂的开关磁阻电机绕组lb的正极、二极管d4的阴极与开关管s3的源极连接；所述第五继电器k5的另一端与a相桥臂的开关磁阻电机绕组la的正极、二极管d3的阴极与开关管s2的源极连接；所述开关管s2、s3的漏极与二极管d1的阴极连接。
55.所述电力电子开关器件为igbt管；或所述电力电子开关器件为nmos管；
56.所述变结构驱动电路与n相开关磁阻电机连接，正交a相、c相至n-1相并联实现电机绕组的正半周交流充电，正交b相、d相至n相并联实现电机绕组的负半周交流充电；a相桥臂由开关磁阻电机a相绕组la、开关管s4和二极管d5组成，开关磁阻电机绕组la的负极与开关管s4的漏极、二极管d5的阳极连接，二极管d5的阴极与开关管s2的漏极连接；b相桥臂由开关磁阻电机b相绕组lb、开关管s5和二极管d6组成，开关磁阻电机绕组lb的负极与开关管s5的漏极、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阴极与开关管s3的漏极连接；c相桥臂由开关磁阻电机c相绕组lc、开关管s6和二极管d7组成，开关磁阻电机绕组lc的负极与开关管s6的漏极、二极管d7的阳极连接，开关管s6的源极与开关管s1的源极连接，二极管d7的阴极与开关管s2的漏极连接；d相桥臂由开关磁阻电机d相绕组ld、开关管s7和二极管d8组成，开关磁阻电机绕组ld的负极与开关管s7的漏极、二极管d8的阳极连接，开关管s7的源极与开关管s1的源极连接，二极管d8的阴极与开关管s3的漏极连接；n-1相桥臂由开关磁阻电机n相绕组l
n-1
、开关管s
n+2
和二极管d
n+3
组成，开关磁阻电机绕组l
n-1
的负极与开关管s
n+2
的漏极、二极管d
n+3
的阳极连接，开关管s
n+2
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+3
的阴极与开关管s2的漏极连接；n相桥臂由开关磁阻电机n相绕组ln、开关管s
n+3
和二极管d
n+4
组成，开关磁阻电机绕组ln的负极与开关管s
n+3
的漏极、二极管d
n+4
的阳极连接，开关管s
n+3
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+4
的阴极与开关管s3的漏极连接；二极管d
n+5
的阴极与开关磁阻电机绕组l
n-1
的正极连接，二极管d
n+5
的阳极与开关管s
n+2
的源极连接；二极管d
n+6
的阴极与开关磁阻电机绕组ln的正极连接，二极管d
n+6
的阳极与开关管s
n+3
的源极连接。
57.所述变结构驱动电路根据储能电池状态变换结构：当切换为直流驱动模式时，变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路，此时二端口转换继电器j1始终保持在第一输入端a处，第三继电器k3至第五继电器k5始终保持断开，此时电机绕组实现四电平驱动，分别为：v
c1
+v
c2
，v
c1
，0，-v
c1-v
c2
。
58.当切换为交流充电模式时，变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路，开关管s1、s2、s3和第一继电器k1和第二继电器k2始终保持断开，第四继电器k4和第五继电器k5始终保持闭合；通过切换二端口转换继电器j1的输入端，实现交流电源、电机绕组、第一电容c1和储能电池v
bess
之间的能量传输和存储。
59.本发明的控制方法如图1所示，一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，通过根据本发明所述的变结构驱动电路实现，其特征在于：包含直流控制回路和交流控制回路，将第一电容电压、电感电流、电机转速、电机位置和输入交流电压、输入交流电流作为耦合控制矢量，并采用与控制矢量相匹配的pwm占空比决定变结构驱动电路中所有开关管的导通、关断状态，实现电机在直流驱动模式和交流充电模式的高速、低速运转和制动运行，并控制电机各相有序交替运行；当变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路时，运行直流控制回路；当变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路时，运行交流控制回路。
60.所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述直流控制回路包括惯性编码器、计数器、速度估算器、位置估算器、求差模块sub、求积模块mul、霍尔传感器、相位状态pwm信号发生器、电压传感器、电流传感器、pi控制器、异或门xor、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、转速参考值
*
。
61.所述第一电压参考值v
c1*
与第一求差模块sub1的正输入端连接；所述第一求差模块sub1的负输入端与第一电压传感器的输出端连接；所述第一求差模板sub1的输出端与第一pi控制器的输入端连接，第一pi控制器的输出端与第二求差模块sub2的正输入端连接；所述第二求差模块sub2的负输入端与第一电流传感器的输出端连接，第二求差模块sub2的输出端与第二pi控制器的输入端连接，第二pi控制器的输出端与第一pwm信号发生器的输入端连接；所述第一pwm信号发生器的输出端与第一驱动电路的输入端连接，第一驱动电路的输出端与开关管s1的栅极连接。
62.所述惯性编码器的输出端与计数器的输入端连接；所述计数器的输出端与速度估算器和位置估算器的第一输入端连接；所述霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与第三异或门xor3的输入端连接；所述第三异或门xor3的输出端与位置估算器的第二输入端连接；所述位置估算器的输出端、霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与相位状态pwm信号发生器的输入端连接；所述相位状态pwm信号发生器的输出端与第三驱动电路的输入端连接；所述第三驱动电路的输出端与开关管s4至s
n+3
的栅极连接；所述速度估算器的输出端与第三求差模块sub3的负输入端连接，第三求差模块sub3的正输入端与转速参考值
*
连接；所述第三求差模块sub3的输出端与第三pi控制器的输入端连接；所述第三pi控制器的输出端与第一求积模块mul1的第二输入端、第二求积模块mul2的第二输入端连接；所述第一异或门xor1的输入端与开关管s4、s6至s
n+2
的栅极连接，第一异或门xor1的输出端与第一求积模块mul1的第一输入端连接；所述第二异或门xor2的输入端与开关管s5、s7至s
n+3
的栅极连接，第二异或门xor2的输出端与第二求积模块mul2的第一输入端连接；所述第一求积模块mul1的输出端与第四求差模块sub4的正输入端连接；所述第二求积模块mul2的输出端与第五求差模块sub5的正输入端连接；所述第四求差模块sub4的负输入端与第二电流传感器的第一输出端连接；所述第五求差模块sub5的负输入端与第二电流传感器的第二输出端连接；所述第四求差模块sub4的输出端与第四pi控制器的输入端连接；所述第五求差模块sub5的输出端与第五pi控制器的输入端连接；所述第四pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第一输入端连接；所述第五pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第二输入端连接；所述第二pwm信号发生器的输出端与第二驱动电路的输入端连接；所述第二驱动电路的输出端与开关管s2、s3的栅极连接。
63.第二电感传感器的输出端与第六求差模块sub6的负输入端连接；所述第六求差模块sub6的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第六求差模块sub6的输出端与第六pi控制器的输入端连接；所述第六pi控制器的输出端与第三pwm信号发生器的输入端连接；所述第三pwm信号发生器的输出端与第四驱动电路的输入端连接；所述第四驱动电路的输出端与开关管s
boost
的栅极连接。
64.所述结构驱动电路控制方法中的直流控制回路，其特征在于：
65.所述霍尔传感器的两个输出端中一端产生电磁信号时，由位置估算器对电机转子进行角度测量，并根据该转子角度与霍尔传感器的电磁信号进行相位状态的逻辑判断，产生电机各个相位的换相信号，控制电机各相有序运行。
66.所述第一电压传感器中检测的第一电容实际电压v
c1
与第一电压参考值v
c1*
进行误差比较与pi控制；所述第一pi控制器的输出结果作为电感l的电流参考值i
l*
，并与第一电流传感器检测到的电感电流i
l
进行误差比较与pi控制；所述第二pi控制器的输出结果输入到第一pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s1的驱动信号，控制开关管s1将能量中转储存在第一电容c1和第二电容c2当中。
67.所述速度估算器对实际电机转速进行测量，并与转速参考值
*
进行误差比较与pi控制；所述第三pi控制器的输出结果与电机各个相位的换相信号进行乘法耦合，耦合结果作为电机运转相的相电流参考值，并与第二电流传感器检测到的电机实际相电流值进行误差比较与pi控制；所述第四pi控制器和第五pi控制器的输出结果输入到第二pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s2和s3的驱动信号，控制开关管s2和s3将电容能量反馈到电机绕组当中，续流电机各相绕组电流。
68.所述第二电压传感器对储能电池的实际电压v
bess
进行测量，并与第二电压参考值v
bess*
进行误差比较与pi控制；所述第六pi控制器的输出结果输入到第三pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s
boost
的驱动信号，控制前端双向dc-dc变换器将储能电池电压升压为直流母线电压并维持恒定；所述直流母线电压为多相开关磁阻电机在直流驱动模式下的额定电压。
69.所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述交流控制回路包括求差模块sub、求积模块mul、倒数计算模块、绝对值计算模块、电压传感器、电流传感器、pi控制器、二端口转换继电器j2、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、电流参考值i
l*
。
70.第三电压传感器的输出端与倒数计算模块的输入端连接；所述倒数计算模块的输出端与绝对值计算模块的输入端连接；所述绝对值计算模块的输出端与第三求积模块mul3的第一输入端连接；第四电压传感器的输出端与第七求差模块sub7的负输入端连接；所述第七求差模块sub7的正输入端与第一电压参考值v
c1*
连接；所述第七求差模块sub7的输出端与第七pi控制器的输入端连接；所述第七pi控制器的输出端与第三求积模块mul3的第二输入端连接；所述第三求积模块mul3的输出端与第八求差模块sub8的正输入端连接；所述第八求差模块sub8的负输入端与第三电流传感器的输出端连接；所述第八求差模块sub8的输出端与第八pi控制器的输入端连接；所述第八pi控制器的输出端与第四pwm信号发生器的输入端连接；所述第四pwm信号发生器的输出端与第五驱动电路的输入端连接；所述第五驱动电路的输出端与开关管s4、s5至s
n+3
的栅极连接；第五电压传感器的输出端与第九求差模块
sub9的负输入端连接；所述第九求差模块sub9的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第九求差模块sub9的输出端与第九pi控制器的输入端连接；所述第九pi控制器的输出端与二端口转换继电器j2的第一输入端a连接；所述二端口转换继电器j2的第二输入端b与电流参考值i
l*
连接；所述二端口转换继电器j2的输出端与第十求差模块sub
10
的正输入端连接；所述第十求差模块sub
10
的负输入端与第四电流传感器的输出端连接；所述第十求差模块sub
10
的输出端与第十pi控制器的输入端连接；所述第十pi控制器的输出端与第五pwm信号发生器的输入端连接；所述第五pwm信号发生器的输出端与第六驱动电路的输入端连接；所述第六驱动电路的输出端与开关管s
buck
的栅极连接。
71.所述的变结构驱动电路控制方法中的交流控制回路，其特征在于：所述交流控制回路采用外部电压控制回路，将第四电压传感器检测到的第一电容实际电压v
c1
恒定维持在第一电压参考值v
c1*
，并对其进行误差比较与pi控制，生成参考电流值i
c1*
；同时将第三电压传感器检测到的实际交流电压vs进行倒数和绝对值运算，输出运算结果与参考电流值i
c1*
相乘，生成输入交流电流参考值i
s*
，并与第三电流传感器检测到的实际输入交流电流is进行误差比较与pi控制，产生电机在交流充电模式下各个相位的换相信号。
72.所述前端双向dc-dc变换器在交流充电模式下，s
boost
始终保持在关断状态；s
buck
始终保持在导通状态；所述前端双向dc-dc变换器将储存在第一电容c1中的能量降压传输给储能电池v
bess
，对其充电。
73.所述交流控制回路根据储能电池充电的电压状态，切换二端口转换继电器j2为第一输入端a时，开关管s
buck
应用闭环电压控制回路，实现恒压充电模式；当二端口转换继电器j2切换第二输入端b时，开关管s
buck
应用闭环电流控制回路，实现恒流充电模式。
74.特别地，为了对本发明所述变结构驱动电路在直流驱动模式下的工作状态进行分析，在本说明书中，以四相开关磁阻电机作为实例进行解释说明，考虑到每相绕组在一个工作周期内的工作状态均相同，下面以a相为例进行分析，其中图2至图7为该实例在直流驱动模式下各个模态的等效电路示意图。
75.当本发明所提出的变结构驱动电路切换为直流驱动模式时，拓扑结构配置为集成多电平转换电路，此时二端口转换继电器j1始终保持在第一输入端a处，第三继电器k3至第五继电器k5始终保持断开。
76.(1)具体地，当电路工作在直流驱动模式的模态1时，如图2所示，此时开关管s1，s4导通，开关管s2关断，第一继电器k1和第二继电器k2保持断开状态。电感l的电流i
l
逐渐上升；a相绕组两端外加电压为零，并通过开关管s1，s4进行续流，绕组电流持续减小。
77.(2)当电路工作在直流驱动模式的模态2时，如图3所示，此时开关管s1，s4继续保持导通，开关管s2仍关断，第一继电器k1和第二继电器k2保持断开状态。储能电池电压经过前端双向dc-dc变换器升压至直流母线电压，该电压为开关磁阻电机的额定电压，并传输能量到第一电容c1，电感l的电流i
l
逐渐下降；a相绕组两端外加电压仍为零，绕组电流继续减小。
78.(3)当电路工作在直流驱动模式的模态3时，如图4所示，此时开关管s1、s2、s4导通，第一继电器k1闭合，第二继电器k2保持断开状态。电感l的电流i
l
逐渐上升；此时a相绕组两端电压va等于第一电容c1电压v
c1
，绕组电流逐渐上升，开关磁阻电机按额定电压状态运行。
79.(4)当电路工作在直流驱动模式的模态4时，如图5所示，此时开关管s2导通，开关管s1、s4关断，第一继电器k1和第二继电器k2保持断开状态。前端双向dc-dc变换器继续将储
进行能量传输。
93.(2)当电路工作在交流充电模式的模态2时，如图10所示，此时开关管s4，s6导通，开关管s5和s7关断，第三继电器k3保持断开状态，二端口转换继电器j1切换第二输入端b。a相绕组和c相绕组通过开关管s4，s6和二极管d
10
与交流单相插座vs形成回路，继续实现正半周充电，同时储存在第一电容c1中的能量通过前端双向dc-dc变换器降压传输给储能电池v
bess
，对其充电。
94.(3)当电路工作在交流充电模式的模态3时，如图11所示，此时开关管s4至s7关断，第三继电器k3保持闭合状态，二端口转换继电器j1切换第一输入端a。b相绕组和d相绕组通过二极管d6、d8和d9与交流单相插座vs形成回路，实现负半周充电，同时给第一电容c1进行能量传输。
95.(4)当电路工作在交流充电模式的模态4时，如图12所示，此时开关管s5，s7导通，开关管s4和s6关断，第三继电器k3保持断开状态，二端口转换继电器j1切换第二输入端b。b相绕组和d相绕组通过开关管s5，s7和二极管d9与交流单相插座vs形成回路，继续实现负半周充电，同时储存在第一电容c1中的能量通过前端双向dc-dc变换器降压传输给储能电池v
bess
，对其充电。
96.图13所示为本实例在交流充电模式下关于输入交流电压、四相相绕组电流和充电转矩的理论波形，此时b相和c相绕组励磁电感，小于a相和d相绕组的励磁电感，c相和b相允许更大部分的输入交流电流流经。
97.作为一种优选地实施例，开关管s1、s2、s3、s4、s5、s6和s7均为nmos管。
98.作为一种优选地实施例，开关管s1、s2、s3、s4、s5、s6和s7均为igbt管。
99.另外，这里的开关管s1、s2、s3、s4、s5、s6和s7还可以选择其他类型的开关管，本技术在此不做特别的限定，根据实际情况来定。
100.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路，其特征在于，包括：储能电池v
bess
、电感l、前端双向dc-dc变换器、交流单相插座v
s
、第一电容c1、第二电容c2、第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3、第四继电器k4及第五继电器k5、二端口转换继电器j1、开关磁阻电机多相绕组l
n
、n+3个开关管和n+6个二极管；其中n为不小于2的偶数；所述储能电池v
bess
的正极与电感l的正极相连接，储能电池v
bess
的负极与前端双向dc-dc变换器中开关管s
boost
的源极连接，电感l的负极与开关管s
boost
的漏极、s
buck
的源极连接；所述前端双向dc-dc变换器中开关管s
buck
的漏极与二端口转换继电器j1的第二输入端b、开关管s1的漏极与二极管d2的阳极连接；所述开关管s1的源极与第一电容c1的负极、开关管s4和开关管s5的源极连接，开关管s1的漏极与二极管d2、d3、d4的阳极连接，第一电容c1的正极与二端口转换继电器j1的输出端连接；所述二端口转换继电器j1的第一输入端a与第一继电器k1、第二继电器k2、第三继电器k3的一端连接；所述第一继电器k1的另一端与二极管d1的阳极连接；所述第二继电器k2的另一端与第二电容c2的阴极连接；所述第三继电器k3的另一端与第二电容c2的阳极、二极管d1的阴极连接；所述交流单相插座v
s
的一端与第四继电器k4的一端连接，交流单相插座v
s
的另一端与第五继电器k5的一端连接；所述第四继电器k4的另一端与b相桥臂的开关磁阻电机绕组l
b
的正极、二极管d4的阴极与开关管s3的源极连接；所述第五继电器k5的另一端与a相桥臂的开关磁阻电机绕组l
a
的正极、二极管d3的阴极与开关管s2的源极连接；所述开关管s2、s3的漏极与二极管d1的阴极连接。2.根据权利要求1所述的变结构驱动电路，其特征在于：所述电力电子开关器件为igbt管；或所述电力电子开关器件为nmos管；所述变结构驱动电路与n相开关磁阻电机连接，正交a相、c相至n-1相并联实现电机绕组的正半周交流充电，正交b相、d相至n相并联实现电机绕组的负半周交流充电；a相桥臂由开关磁阻电机a相绕组l
a
、开关管s4和二极管d5组成，开关磁阻电机绕组l
a
的负极与开关管s4的漏极、二极管d5的阳极连接，二极管d5的阴极与开关管s2的漏极连接；b相桥臂由开关磁阻电机b相绕组l
b
、开关管s5和二极管d6组成，开关磁阻电机绕组l
b
的负极与开关管s5的漏极、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阴极与开关管s3的漏极连接；c相桥臂由开关磁阻电机c相绕组l
c
、开关管s6和二极管d7组成，开关磁阻电机绕组l
c
的负极与开关管s6的漏极、二极管d7的阳极连接，开关管s6的源极与开关管s1的源极连接，二极管d7的阴极与开关管s2的漏极连接；d相桥臂由开关磁阻电机d相绕组l
d
、开关管s7和二极管d8组成，开关磁阻电机绕组l
d
的负极与开关管s7的漏极、二极管d8的阳极连接，开关管s7的源极与开关管s1的源极连接，二极管d8的阴极与开关管s3的漏极连接；n-1相桥臂由开关磁阻电机n相绕组l
n-1
、开关管s
n+2
和二极管d
n+3
组成，开关磁阻电机绕组l
n-1
的负极与开关管s
n+2
的漏极、二极管d
n+3
的阳极连接，开关管s
n+2
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+3
的阴极与开关管s2的漏极连接；n相桥臂由开关磁阻电机n相绕组l
n
、开关管s
n+3
和二极管d
n+4
组成，开关磁阻电机绕组l
n
的负极与开关管s
n+3
的漏极、二极管d
n+4
的阳极连接，开关管s
n+3
的源极与开关管s1的源极连接，二极管d
n+4
的阴极与开关管s3的漏极连接；二极管d
n+5
的阴极与开关磁阻电机绕组l
n-1
的正极连接，二极管d
n+5
的阳极与开关管s
n+2
的源极连接；二极管d
n+6
的阴极与开关磁阻电机绕组l
n
的正极连接，二极管d
n+6
的阳极与开关管s
n+3
的源极连接。3.根据权利要求1所述的变结构驱动电路，其特征在于，变结构驱动电路根据储能电池状态变换结构：
当切换为直流驱动模式时，变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路，此时二端口转换继电器j1始终保持在第一输入端a处，第三继电器k3至第五继电器k5始终保持断开，此时电机绕组实现四电平驱动，分别为：v
c1
+v
c2
，v
c1
，0，-v
c1-v
c2
；当切换为交流充电模式时，变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路，开关管s1、s2、s3和第一继电器k1和第二继电器k2始终保持断开，第四继电器k4和第五继电器k5始终保持闭合；通过切换二端口转换继电器j1的输入端，实现交流电源、电机绕组、第一电容c1和储能电池v
bess
之间的能量传输和存储。4.一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动装置，其特征在于，包括：权利要求1-3任一项所述的变结构驱动电路。5.一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，通过根据权利要求1所述的变结构驱动电路实现，其特征在于：包含直流控制回路和交流控制回路，将第一电容电压、电感电流、电机转速、电机位置和输入交流电压、输入交流电流作为耦合控制矢量，并采用与控制矢量相匹配的pwm占空比决定变结构驱动电路中所有开关管的导通、关断状态，实现电机在直流驱动模式和交流充电模式的高速、低速运转和制动运行，并控制电机各相有序交替运行；当变结构驱动电路配置为集成多电平转换电路时，运行直流控制回路；当变结构驱动电路配置为交错式无桥升压功率因素校正电路时，运行交流控制回路。6.根据权利要求5所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述直流控制回路包括惯性编码器、计数器、速度估算器、位置估算器、求差模块sub、求积模块mul、霍尔传感器、相位状态pwm信号发生器、电压传感器、电流传感器、pi控制器、异或门xor、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、转速参考值
*
；所述第一电压参考值v
c1*
与第一求差模块sub1的正输入端连接；所述第一求差模块sub1的负输入端与第一电压传感器的输出端连接；所述第一求差模板sub1的输出端与第一pi控制器的输入端连接，第一pi控制器的输出端与第二求差模块sub2的正输入端连接；所述第二求差模块sub2的负输入端与第一电流传感器的输出端连接，第二求差模块sub2的输出端与第二pi控制器的输入端连接，第二pi控制器的输出端与第一pwm信号发生器的输入端连接；所述第一pwm信号发生器的输出端与第一驱动电路的输入端连接，第一驱动电路的输出端与开关管s1的栅极连接；所述惯性编码器的输出端与计数器的输入端连接；所述计数器的输出端与速度估算器和位置估算器的第一输入端连接；所述霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与第三异或门xor3的输入端连接；所述第三异或门xor3的输出端与位置估算器的第二输入端连接；所述位置估算器的输出端、霍尔传感器的第一输出端和第二输出端与相位状态pwm信号发生器的输入端连接；所述相位状态pwm信号发生器的输出端与第三驱动电路的输入端连接；所述第三驱动电路的输出端与开关管s4至s
n+3
的栅极连接；所述速度估算器的输出端与第三求差模块sub3的负输入端连接，第三求差模块sub3的正输入端与转速参考值
*
连接；所述第三求差模块sub3的输出端与第三pi控制器的输入端连接；所述第三pi控制器的输出端与第一求积模块mul1的第二输入端、第二求积模块mul2的第二输入端连接；所述第一异或门xor1的输入端与开关管s4、s6至s
n+2
的栅极连接，第一异或门xor1的输出端与第一求积模块mul1的第一输入端连接；所述第二异或门xor2的输入端与开关管s5、s7至s
n+3
的栅极连接，第二异或
门xor2的输出端与第二求积模块mul2的第一输入端连接；所述第一求积模块mul1的输出端与第四求差模块sub4的正输入端连接；所述第二求积模块mul2的输出端与第五求差模块sub5的正输入端连接；所述第四求差模块sub4的负输入端与第二电流传感器的第一输出端连接；所述第五求差模块sub5的负输入端与第二电流传感器的第二输出端连接；所述第四求差模块sub4的输出端与第四pi控制器的输入端连接；所述第五求差模块sub5的输出端与第五pi控制器的输入端连接；所述第四pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第一输入端连接；所述第五pi控制器的输出端与第二pwm信号发生器的第二输入端连接；所述第二pwm信号发生器的输出端与第二驱动电路的输入端连接；所述第二驱动电路的输出端与开关管s2、s3的栅极连接；第二电感传感器的输出端与第六求差模块sub6的负输入端连接；所述第六求差模块sub6的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第六求差模块sub6的输出端与第六pi控制器的输入端连接；所述第六pi控制器的输出端与第三pwm信号发生器的输入端连接；所述第三pwm信号发生器的输出端与第四驱动电路的输入端连接；所述第四驱动电路的输出端与开关管s
boost
的栅极连接。7.根据权利要求6所述的变结构驱动电路控制方法中的直流控制回路，其特征在于：所述霍尔传感器的两个输出端中一端产生电磁信号时，由位置估算器对电机转子进行角度测量，并根据该转子角度与霍尔传感器的电磁信号进行相位状态的逻辑判断，产生电机各个相位的换相信号，控制电机各相有序运行；所述第一电压传感器中检测的第一电容实际电压v
c1
与第一电压参考值v
c1*
进行误差比较与pi控制；所述第一pi控制器的输出结果作为电感l的电流参考值i
l*
，并与第一电流传感器检测到的电感电流i
l
进行误差比较与pi控制；所述第二pi控制器的输出结果输入到第一pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s1的驱动信号，控制开关管s1将能量中转储存在第一电容c1和第二电容c2当中；所述速度估算器对实际电机转速进行测量，并与转速参考值
*
进行误差比较与pi控制；所述第三pi控制器的输出结果与电机各个相位的换相信号进行乘法耦合，耦合结果作为电机运转相的相电流参考值，并与第二电流传感器检测到的电机实际相电流值进行误差比较与pi控制；所述第四pi控制器和第五pi控制器的输出结果输入到第二pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s2和s3的驱动信号，控制开关管s2和s3将电容能量反馈到电机绕组当中，续流电机各相绕组电流；所述第二电压传感器对储能电池的实际电压v
bess
进行测量，并与第二电压参考值v
bess*
进行误差比较与pi控制；所述第六pi控制器的输出结果输入到第三pwm信号发生器当中，并与锯齿波比较，调制产生开关管s
boost
的驱动信号，控制前端双向dc-dc变换器将储能电池电压升压为直流母线电压并维持恒定；所述直流母线电压为多相开关磁阻电机在直流驱动模式下的额定电压。8.根据权利要求5所述的用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路的控制方法，其特征在于，所述交流控制回路包括求差模块sub、求积模块mul、倒数计算模块、绝对值计算模块、电压传感器、电流传感器、pi控制器、二端口转换继电器j2、pwm信号发生器、驱动电路、第一电压参考值v
c1*
、第二电压参考值v
bess*
、电流参考值i
l*
；第三电压传感器的输出端与倒数计算模块的输入端连接；所述倒数计算模块的输出端
与绝对值计算模块的输入端连接；所述绝对值计算模块的输出端与第三求积模块mul3的第一输入端连接；第四电压传感器的输出端与第七求差模块sub7的负输入端连接；所述第七求差模块sub7的正输入端与第一电压参考值v
c1*
连接；所述第七求差模块sub7的输出端与第七pi控制器的输入端连接；所述第七pi控制器的输出端与第三求积模块mul3的第二输入端连接；所述第三求积模块mul3的输出端与第八求差模块sub8的正输入端连接；所述第八求差模块sub8的负输入端与第三电流传感器的输出端连接；所述第八求差模块sub8的输出端与第八pi控制器的输入端连接；所述第八pi控制器的输出端与第四pwm信号发生器的输入端连接；所述第四pwm信号发生器的输出端与第五驱动电路的输入端连接；所述第五驱动电路的输出端与开关管s4、s5至s
n+3
的栅极连接；第五电压传感器的输出端与第九求差模块sub9的负输入端连接；所述第九求差模块sub9的正输入端与第二电压参考值v
bess*
连接；所述第九求差模块sub9的输出端与第九pi控制器的输入端连接；所述第九pi控制器的输出端与二端口转换继电器j2的第一输入端a连接；所述二端口转换继电器j2的第二输入端b与电流参考值i
l*
连接；所述二端口转换继电器j2的输出端与第十求差模块sub
10
的正输入端连接；所述第十求差模块sub
10
的负输入端与第四电流传感器的输出端连接；所述第十求差模块sub
10
的输出端与第十pi控制器的输入端连接；所述第十pi控制器的输出端与第五pwm信号发生器的输入端连接；所述第五pwm信号发生器的输出端与第六驱动电路的输入端连接；所述第六驱动电路的输出端与开关管s
buck
的栅极连接。9.根据权利要求8所述的变结构驱动电路控制方法中的交流控制回路，其特征在于：所述交流控制回路采用外部电压控制回路，将第四电压传感器检测到的第一电容实际电压v
c1
恒定维持在第一电压参考值v
c1*
，并对其进行误差比较与pi控制，生成参考电流值i
c1*
；同时将第三电压传感器检测到的实际交流电压v
s
进行倒数和绝对值运算，输出运算结果与参考电流值i
c1*
相乘，生成输入交流电流参考值i
s*
，并与第三电流传感器检测到的实际输入交流电流i
s
进行误差比较与pi控制，产生电机在交流充电模式下各个相位的换相信号；所述前端双向dc-dc变换器在交流充电模式下，s
boost
始终保持在关断状态；s
buck
始终保持在导通状态；所述前端双向dc-dc变换器将储存在第一电容c1中的能量降压传输给储能电池v
bess
，对其充电；所述交流控制回路根据储能电池充电的电压状态，切换二端口转换继电器j2为第一输入端a时，开关管s
buck
应用闭环电压控制回路，实现恒压充电模式；当二端口转换继电器j2切换第二输入端b时，开关管s
buck
应用闭环电流控制回路，实现恒流充电模式。

技术总结
本申请涉及了一种用于多相开关磁阻电机的变结构驱动电路、装置和控制方法，包括储能电池、前端双向DC-DC变换器、开关磁阻电机多相绕组，五个固态继电器、一个二端口转换继电器、一个交流单相插座以及由一个电感、两个电容、N+3个开关管、N+6个二极管组成的开关变换器及其控制方法；通过继电器分别配置为不同拓扑结构，切换直流驱动模式或交流充电模式；通过前端功率电容的能量存储和传输，施加更高的励磁电压和去磁电压，加速电机绕组相电流通电或断电速度，抑制电机输出相尾电流，增强电机的恒定输出转矩区域和功率区域；匹配不同模式下的多变量协同控制方法，实现电机在不同模式下的平稳起动和各相的稳定有序运行。平稳起动和各相的稳定有序运行。平稳起动和各相的稳定有序运行。


技术研发人员：洪伟泷 张桂东
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.02.06
技术公布日：2023/7/11