[0039] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0040] 如图1、图2所示，一种三相九开关开绕组永磁无刷直流电机控制系统，包括开绕组永磁无刷直流电机、三相九开关变换器、直流电源、PI调节单元、PWM产生单元、霍尔传感器和电流传感器；PWM产生单元、霍尔传感器和电流传感器均连接于PI调节单元；PWM产生单元连接于三相九开关变换器的三相桥臂；
[0041] 三相九开关变换器为相互并联的三相桥臂，每相桥臂均包含按顺序相连的三个功率开关管，每相桥臂的相邻两个功率开关管之间设有一个中性点，三相桥臂的直流侧并联连接公共直流电源，直流电源正极为Ud，负极为GND；三相九开关变换器的功率开关管均为IGBT开关；开绕组永磁无刷直流电机的三相绕组的两端分别连接三相九开关变换器，且开绕组永磁无刷直流电机的任一相绕组的两端连接三相九开关变换器的不同桥臂；
[0042] 电流传感器用于采集开绕组永磁无刷直流电机的电流信号，将电流信号传送至PI调节单元，经PI调节单元转换选取其最大值作为其反馈电流；电流传感器连接于开绕组永磁无刷直流电机三相绕组端口；
[0043] 霍尔传感器用于采集开绕组永磁无刷直流电机位置信号和转速信号，将位置信号和转速信号传送至PI调节单元，转速信号经PI调节单元解析后转换成反馈转速，位置信号经PI调节单元解析后转换成角度信号，实现转速电流双闭环控制，PI调节单元将经过解析转换之后的信号送入PWM产生单元，通过PWM产生单元调制，由PWM产生单元输出九路PWM信号，分别驱动9个功率开关管，将直流电源转换成三相电流和电压驱动电机进行工作；
[0044] 三相九开关变换器的第一相桥臂从上而下依次包括功率开关管T1、功率开关管T2和功率开关管T3，三相九开关变换器的第二相桥臂从上而下依次包括功率开关管T4、功率开关管T5和功率开关管T6，三相九开关变换器的第三相桥臂从上而下依次包括功率开关管T7、功率开关管T8和功率开关管T9；
[0045] 开绕组永磁无刷直流电机定义为M，其一共有绕组A、绕组B和绕组C三个绕组，每个绕组有上下两个端口，绕组A上端口和下端口分别定义为a口和x口；绕组B上端口和下端口分别定义为b口和y口，绕组C上端口和下端口分别定义为c口和z口；
[0046] 本发明中，采用连接方式为：a口连接在功率开关管T1和功率开关管T2之间，x口连接在功率开关管T5和功率开关管T6之间，b口连接在功率开关管T4和功率开关管T5之间，y口连接在功率开关管T8和功率开关管T9间，c口连接在功率开关管T7和功率开关管T8之间，z口连接在功率开关管T2和功率开关管T3之间。
[0047] 如图2所示，一种三相九开关开绕组永磁无刷直流电机控制系统的控制方法；包括以下步骤：
[0048] 步骤1)、利用霍尔传感器采集开绕组永磁无刷直流电机位置信号和转速信号，经过位置信号和转速信号解析后得到位置信号与反馈转速，将测得的反馈转速值与预设转速值作差构成转速偏差，并将转速偏差送入PI调节单元经过转换获得给定电流值；
[0049] 步骤2)、利用电流传感器采集开绕组永磁无刷直流电机的电流信号，通过最大值函数变换取所测电流信号的最大值，将最大值设定为反馈电流值，通过给定电流值与反馈电流值作差得到电流误差，将电流误差送入PI调节单元通过转换输出的电压值设定为给定电压值；
[0050] 步骤3)、将步骤2)得到的给定电压值与霍尔信号采集到的信号经位置解析成的电机转子的位置信号，送入PWM产生模块，经过PWM调制后产生9路PWM信号，分别驱动三相九开关变换器的九个功率开关，控制三相九开关变换器驱动开绕组无刷直流电机实现转速、电流双闭环控制。
[0051] 步骤1)中，利用霍尔传感器采集开绕组永磁无刷直流电机位置信号和转速信号，位置信号和转速信号经过PI调节单元解析后得到位置信息θ与反馈转速ω，将给预设转速* *值ω与反馈转速ω作差构成转速偏差，即其转速误差ω‑ω＝eω，将转速误差送入PI调节*
单元经过转换获得给定电流值Is
[0052]
[0053] Kpw比例系数；KIW：积分系数；
[0054] 步骤2)中，利用电流传感器采集开绕组永磁无刷直流电机的三相绕组电流ia,ib,ic，通过最大值函数变换取所测三相电流的最大值，定义为Is；
[0055] Is＝Max(ia,ib,ic)
[0056] 将上述测量的三相电流的最大值Is设定为反馈电流值，将定电流值Is*与反馈电流* *值Is作差得到电流误差Is‑Is＝es，最后经过PI调节器转换输出给定电压Us值：
[0057]
[0058] KPI：比例系数；KII：积分系数；
[0059] 步骤3)中，将步骤1)和步骤2)中得到的位置信息θ和给定电压Us*送入PWM产生模块，经过PWM调制后产生PWM信号，分别驱动三相九开关变换器的各个功率开关管，控制三相九开关变换器驱动开绕组无刷直流电机实现转速、电流双闭环控制。
[0060] 在将Us*与θ送入PWM产生模块后，将其转换成α、β轴电压值以及三相电压Ua,Ub,Uc值。
[0061] 采用PWM单管调制法，即每次只对一个开关管进行调制，其余一直处于导通或闭合状态。并且在采集到位置信号后，我们将其转化成扇区的形式，分别在每个扇区内对相对应的状态进行分析。在这里我们将所有组合分为6个扇区，即S1～S6，在每个扇区内对开关管的调制方法如下表：
[0062] 实施例
[0063] 功率开关管连接好之后，为保证每一相的三个功率开关管之间应注意以下约束关系：不能同时开通或关闭，至少必须有两管同时开通；具体的如下例所示：
[0064] 定义每相桥臂上端功率开关管(上管)关、其余两个功率开关管开为桥臂的V0状态；中间功率开关管(中管)关、其余两个功率开关管开为桥臂的V1状态；下端功率开关管(下管)关、其余两个功率开关管开为桥臂的V2状态；如表1所示：
[0065] 表1为正常运行状态下桥臂开关组合
[0066]Vi 上管 中管 下管
V0 0 1 1
V1 1 0 1
V2 1 1 0
[0067] 1)当桥臂的上管、中管、下管只选取一种状态时，三个桥臂组合各自只有三种：V0V0V0，V1V1V1，V2V2V2。
[0068] 2)两种状态下组合有3种，V0V1状态组合、V0V2状态组合、V1V2状态组合。在V0V1状态组合下，三个桥臂下管均开通V0V0V1，V0V1V0，V1V0V0，V0V1V1，V1V0V1，V1V1V0共6种，在这种情况下，电机的xyz短接连接电源负端；在V0V2状态组合下，有V0V0V2，V0V2V0，V2V0V0，V0V2V2，V2V0V2，V2V2V0共6种，每个桥臂的中管均接通，三相九开关变换器控制三相电机绕组可正常运行，同时进行工作；在V1V2状态组合下，有V1V1V2，V1V2V1，V2V1V1，V1V2V2，V2V1V2，V2V2V1共6种，此种情况下每个桥臂的上管均开通，电机的xyz短接连接电源正端。
[0069] 3)在三种状态下，桥臂的组合方式有：V0V1V2，V0V2V1，V1V0V2，V1V2V0，V2V0V1，V2V1V0，其中V0V1V2、V1V2V0，V2V0V1组合方式使电机短接，其余三种可使电机正常工作。
[0070] 常用的组合有很多种，但我们为了有效的驱动电动机，让电动机正常运行，我们根据电机的运行状态，最终确定出6种电压矢量。其组合形式有V0V0V2，V0V2V0，V2V0V0，V0V2V2，V2V0V2，V2V2V0共6种；如表2所示，
[0071] 表2为各个功率开关管状态
[0072]Vi T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
V2V0V0 1 1 0 0 1 1 0 1 1
V2V2V0 1 1 0 1 1 0 0 1 1
V0V2V0 0 1 1 1 1 0 0 1 1
V0V2V2 0 1 1 1 1 0 1 1 0
V0V0V2 0 1 1 0 1 1 1 1 0
V2V0V2 1 1 0 0 1 1 1 1 0
[0073] 如图4所示，V2V0V0状态下电流流向图；
[0074] 如图3所示，在上述所采用的三相九开关逆变器控制电机正常运行的过程中，我们可以分别测得在所符合要求的6种状态中流过每相绕组的电流和电压，在测得电压之后，将三相电压转化到α，β轴上，转化公式如下所示：
[0075]
[0076] A绕组的电流为ia，流过B绕组的电流为ib，流过C绕组的电流为ic；并且假设至上而下为电流正向，从下而上为电流负向，定义直流电源两端的电压为Ud，则在各个状态电流电压的情况如表3所示：
[0077] 表3
[0078]
[0079] 在上述6种组合的基础上，我们把每种组合定义为一个扇区，分别为S1，S2，S3，S4，S5，S6，在测得各个状态的电流值之后，可以得到三相电流的电流示意图，如图5所示。
[0080] 在霍尔传感器检测到信号经位置解析得到角度θ之后，送入PWM模块，转换成上述所示的6个扇区，与输入电压作用输出信号控制电机进行工作，角度与扇区转换方法如下表4所示：
[0081] 表4
[0082]
[0083]
[0084] 由上述定义的6个扇区，在每个扇区内，每种组合状态每个开关管状态表示如下表5:
[0085] 表5
[0086] Vi 扇区 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9V2V0V0 S1 PWM 1 0 0 1 1 0 1 1
V2V2V0 S2 1 1 0 1 1 0 0 1 PWM
V0V2V0 S3 0 1 1 PWM 1 0 1 1 0
V0V2V2 S4 0 1 PWM 1 1 0 1 1 0
V0V0V2 S5 0 1 1 0 1 1 PWM 1 0
V2V0V2 S6 1 1 0 0 1 PWM 1 1 0
[0087] 如图6所示，PWM调制的基本原理图：
[0088] Δ＝Us*‑Ucan，当Δ＞0时，转换为方波时输出高电平；当Δ＜0时，转换为方波时输出低电平；
[0089] PWM单管调制法：PWM是方波的序列，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同，在本发明中，采用PWM单管调制法，以此为理论基础，用脉冲宽度按方波变换的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与*所希望输出的方波在相应区间内的面积相等，将位置信号与所求得的Us送入PWM产生模块，*
将Us所产生的锯齿波按等效冲量转化为方波，进而输出九路信号来控制电机的正常运行；
[0090] 在单管调制过程中，在S1扇区时，对T1进行调制，电压和电流均为正值，经位置解析后的角度信号送入PWM模块中解析出来的波形为锯齿波输出电平为高电平；在S2扇区时，对T9进行调制，角度发生变化，电流和电压均变为零；在S3扇区时，对T4进行调制，电流和电压均负向增大，锯齿波完成一个周期的输出。在S4扇区时，对T3进行调制，开始进行另一个周期的输出，直至完成S5(对T7进行调制)、S6(对T6进行调制)扇区下所对应的组合状态。表2中TI～T9代表各组合状态下各开关管的状态，也代表输出的9路PWM信号。
[0091] 根据电压平衡方程，写出各个状态下各绕组电压表示式：
[0092] V2V0V0状态下，
[0093] 式中：ia,ic表示三相电流；Ra,Rc表示电机三相绕组的电阻；ea,ec表示三相电动势；L表示三相绕组的电感。
[0094] V2V2V0状态下，
[0095] 式中：ib,ic表示三相电流；Rb,Rc表示电机三相绕组的电阻；eb,ec表示三相电动势；L表示三相绕组的电感。
[0096] V0V2V0状态下，
[0097] 式中：ia,ib表示三相电流；Ra,Rb表示电机三相绕组的电阻；ea,eb表示三相电动势；L表示三相绕组的电感。
[0098] 其余三种情况表示式与上述三种表示式相同。
