一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

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第32卷第36期中国电机工程学报Vol.32No.36Dec.25,2021一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）2021年12月25日ProceedingsoftheCSEE©2021Chin.Soc.forElec.Eng.109文章编号:0258-8013(202136-0109-08中图分类号:TM352文献标志码:A学科分类号:470·40一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法蔡骏,邓智泉(江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学,江苏省南京市210016AFault-tolerantSensorlessControlMethodforSwitchedReluctanceMotorDrivesCAIJun,DENGZhiquan(JiangsuKeyLaboratoryofNewEnergyGenerationandPowerConversion(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,JiangsuProvince,ChinaABSTRACT:Afault-tolerantsensorlesscontrolmethodforswitchedreluctancemotors(SRMispresentedinthispaper.Thismethodissuitableformediumandhighspeedoperatingmachines.Inmediumandhighspeedoperatingconditions,thesinglepulsecontrolmodeisutilized.Whentheturn-onangleisadvanced,thephasecurrentslopedetectingandthephaseinductanceslopezero-crossingdetectingmethodarecombinedforestimatingthealignedpositionofthestatorandrotorpoles.Whentheturn-onangleislaggedbehindzerodegree,onlythephaseinductanceslopezero-crossingdetectingmethodisutilized.Usingthismethod,thealignedpositionineachelectricalcyclecanbeestimated,andthepositionindexpulsescanalsobeestimated.Basedonthepositionindexpulses,thespeedandrotorpositioncanbeestimated.Toverifytheproposedmethod,theexperimentshavebeenperformedina12/8structureSRMprototype.Theexperimentalresultsshowthatthismethodcanavoidtheeffectsoftheturn-onangleandkeeptheindependenceofpositionestimationofeachphase.Thus,theheterogeneousredundancyofthepositionsignalscanberealized.Inaddition,thismethodrequiresnoadditionalhardwareandnocomplexcomputationormemorystorage.Thus,themethodisquiteeasyforimplementationandpossessesgoodgeneralityandportability.KEYWORDS:switchedreluctancemotor;sensorless;phaseinductanceslope;phasecurrentslope;positionestimation;fault-tolerant摘要:提出一种适合中、高速运行的具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。在中、高速运行区域,电机采用单脉冲控制模式,当开通角提前时,采用相电流斜率检基金项目:国家自然科学基金(50877036。ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(50877036.测与相电感斜率过零检测相结合的方法实现定、转子对齐位置的估计;当开通角大于或等于零度时,采用相电感斜率过零检测法实现定、转子对齐位置的估计。该方法在每个电周期内均可估计出对齐位置这一特殊位置点,并得到相应的位置检索脉冲。利用位置检索脉冲可以估计出转速和转子位置信息。为验证方法的可行性,在一台12/8结构样机中进行了实验。实验结果表明,该方法不仅避免了开通角的影响,而且保持了位置检测各相独立的特点。因此,可以实现位置信号的多相冗余。另外,该方法无需增加额外硬件,也避免的复杂的计算和存储过程。因此,该算法方便实现,具有较强的通用性和可移植性。关键词:开关磁阻电机;无位置传感器;相电感斜率;相电流斜率;位置估计;容错0引言开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM采用双凸极结构,定子上绕有集中式绕组,转子无永磁材料和绕组,具备结构简单、坚固等特点,适于高速运行和恶劣的工作环境。同时,SRM优异的容错运行能力也拓宽了其应用领域,在航空航天、电动汽车、船舶、分布式电源系统以及精密加工、纺织机械、飞轮储能、半导体加工等诸多场合具有良好的应用前景,尤其在一些诸如航空发动机、核电站等需要工作在高温、高速、高污染、强电磁干扰和核辐射等极端条件下的应用场合具有独特的应用优势。然而,要保证SRM可靠运行和高性能控制,就必须准确的获取转子位置信息。传统的光电式、电磁式以及磁敏式等位置或转速传感器的引入不仅会增加系统的成本和复杂度,而且降低了系统的可靠性,从而限制了SRM的应用范围。因此,110中国电机工程学报第32卷研究具有容错功能的无位置传感器技术对于充分发挥SRM的高速性、环境适应性、以及强容错运行能力具有重要的意义。近年来,国内外学者对SRM的无位置传感器技术开展了广泛的研究,相继提出了一些无位置传感器控制算法[1-2]。这些方法主要是利用SRM的电磁特性(如电感、磁链等与转子位置和电流的之间的关系,通过数学模型求解[3-4]、查表[5]、观测器[6-8]以及智能拟和算法[9-14]等方法来估计转子位置信息,或者通过设置切换阀值来直接获得各相驱动信号[15-16],实现无位置传感器运行。这些方法考虑了电机饱和非线性的因素,通常对于不同的SRM都需要预先测量电机的电磁特性曲线,从而为建模、作表或智能拟合提供参考数据。然而,电磁特性的离线测量过程复杂,精度有限,都直接影响到位置估计的性能。另外,这些算法模型复杂,对控制器要求较高,实现起来相对比较困难。1998年,G.Gallegos-Lopez等人提出了一种基于相电流梯度法的SRM无位置传感器技术[17]。该方法通过检测相电流梯度的过零信号来估计定、转子齿极开始重合的位置点信号。这种方法的优点在于无需预知电机的电磁特性数据和精确SRM数学模型。此外,该方法采用一种单周期单特殊点检测的策略,提高了位置估计的快速性,适合用于高速运行时的位置估计。2021年,英国纽卡斯尔大学P.P.Acarnley教授等将这一方法应用于高速SRM的位置估计,通过仿真分析了该方法对母线电压、转速以及开通角的影响[18]。研究结果表明,该方法必须满足“导通相电感上升区的反电势大于绕组两端电压”这一条件,因此该方法易受开通角变化的影响。另外,该方法由于增加了一些信号调理电路,增加了系统的复杂度。本课题组于2021年提出了一种基于电感斜率过零法的SRM位置估计方法[19]。该方法通过设计电感分区原则,可以实现定、转子对齐位置的估计,适合高速时的无位置传感器控制。从国内外文献来看,目前国内外学者对SRM无位置传感器技术的研究主要是针对电机正常运行的状态提出位置估计或驱动估计策略,并对算法的可行性进行验证。而对电机系统发生故障时的无位置传感器控制策略尚未开展过研究。然而,开关磁阻电机作为一种本身具备强容错能力的电机,采用无位置传感器技术的主要目的是为进一步提升系统的可靠性,那么,无位置传感器技术也应该满足电机容错运行的要求。因此,具备容错能力的SRM无位置传感器技术的研究将是一个重要的研究方向。本文提出了一种相电流斜率检测与相电感斜率过零检测相结合的无位置传感器控制方法。该方法不仅避免了开通角的影响,而且保持了位置检测各相独立的特点。因此,该方法具备较强的容错能力。另外,该方法无需增加额外硬件,也避免的复杂的计算和存储过程。因此,该算法方便实现,具有较强的通用性和可移植性。实验结果验证了本文算法的可行性。1单周期单特殊位置点检测法的分析在开关磁阻电机中、高速运行阶段,通常采用调节开通角、优选关断角的单脉冲控制模式。由于随转速的升高,每个电周期大大缩短,因此在一个电周期内的转速可以认为近似不变。只要在每个电周期内检测到一个已知的特殊位置点,即可估计出位置脉冲信息,从而实现转子位置和转速估计。采用这种“单周期单特殊点”检测的位置估计方法,无须预知复杂的电磁特性曲线,无须复杂的存储、建模、和运算过程,也不会增加任何系统硬件,因此,算法简单,具备高速适应性、通用性和各相独立的特点,适合SRM中、高速运行的无位置传感器控制。根据SRM结构和电气对称性,在一个电周期内可供选择的特殊点位置有不对齐位置、对齐位置、定转子齿极开始重合位置,以及变压器电动势与运动电动势交点位置,如图1所示。A—不对齐位置;B—变压器电动势与运动电动势交点位置;C—定、转子齿极开始重合位置;D—对齐位置。图1特殊位置点示意图Fig.1Principlediagramofthespecialpositions根据检测方法的不同,可分为如下3种方式:1方式①:不对齐位置点或对齐位置点的检第36期蔡骏等:一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法111测。通过检测相电感斜率过零点,正向过零时为不对齐位置,负向过零时为对齐位置。但这种方法存在3个问题:①不对齐位置处电感变化很小,实际检测电感斜率过零位置时容易产生误差;②受开通角变化的影响,当零度以后开通时,不对齐位置检测的算法失效;③受相电感实际计算值的影响,当相电流下降到0以后,相电感值被设置为0;而当相开通瞬间,电感计算值由0瞬变为实际值,因此存在一个电感突变,从而使得相电感斜率存在一个正的阶跃信号。因此,当开通角提前时,会产生一个错误的位置脉冲,使得位置检测失效。2方式②:定、转子齿极开始重合位置点的检测。在单脉冲模式下,通过检测相电流斜率的负向过零信号即可检测到定、转子齿极开始重合位置。但是,由于开通角和转速会影响运动电动势的大小,从而影响相电流的波形。只有在导通相的电感上升区的运动电动势大于绕组两端电压时,相电流才会开始衰减,从而可以检测到该特殊位置点;反之,该位置估计算法将失效。3方式③:变压器电动势与运动电动势交点位置检测。通过检测导通相绕组端电压值与二倍变压器电动势值相等的点,即为变压器电动势与运动电动势交点位置。该特殊点位置位于不对齐位置与定、转子齿极开始重合位置之间,但该点的位置并不是固定的,会随开通角变化而变化。因此,采用该点作为位置检测特殊点的位置估计算法的动态性能较差,转速估计波动大。通过上述分析可以看出,这些特殊点的检测都会受到开通角变化的影响。因此,这些方法都限制了开关磁阻电机的控制灵活的特点,无法满足动态调速性能的要求。2一种具有容错功能的位置检测方法由于采用上述几种“单周期单特殊点”估计的方法都存在各自的缺陷。而理想的“单周期单特殊点”位置检测方法则需要满足如下几点要求:1特殊位置点应为固定点;2检测到的特殊位置点不受开通角变化的影响;3满足各相位置估计的独立性。为此,本文提出了一种将相电流斜率检测法与相电感斜率过零检测法相结合的对齐位置估计方法。具体实施方式如下:1相电感的估计。开关磁阻电机在忽略互感影响时,相电压方程可以简化为ddkkkURitψ=−(1两边积分可以得到一相磁链的表达((dtkkktUiRtψψ=−+∫(2在实际控制系统中,绕组磁链的计算通常采用数字积分的形式:(1((((kkvkRikTψψ+=+−Δ(3式中:ψ(k和ψ(k+1分别为第k个和第k+1个采样时刻的磁链值;ΔT为采样周期;i(k和v(k分别为第k个采样时刻的电流和电压。由此,相电感可以根据其与相磁链及相电流之间的关系得到(,(,iLiiψθθ=(4由于当导通相关断后,相电流将续流到零。此时,已经无法正常估计相电感值。因此,当电流下降为零时,相电感的估计值通过软件设置为零。2位置估计策略。本文以12/8结构开关磁阻电机样机为例对所提出的新型位置估计策略进行说明。对于12/8结构开关磁阻样机而言,通常假定0°为不对齐位置,22.5°为对齐位置,其中一个电周期为45°机械角度。如图2和图3所示,当电机工作在单脉冲控制模式时,估计的相电感波形在开通角θon处都存在一个由0到电感实际值L(θon的一个突变过程。因此,此时的相电感斜率则存在一个正的阶跃。但在关断角位置,由于相电流进入续流阶段,续流区间内电感是仍可以连续计算,因此不存在电感斜率的突变问题。图2开通角θon≥0°时的对齐位置估计原理图Fig.2Estimationprinciplediagramofthealignedpositionwhenθon≥0°112中国电机工程学报第32卷脉冲脉冲脉冲图3开通角θon<0°时的对齐位置估计原理图Fig.3Estimationprinciplediagramofthealignedpositionwhenθon<0°如图2所示,当θon≥0°时,虽然相电感斜率在θon处存在一个正的阶跃,但是该阶跃信号与[θon,22.5°]区间的电感斜率同为正,因此不会影响电感斜率的过零检测。此时只要检测相电感斜率由正变负的点,即可估计出定、转子对齐位置这一特殊位置点信息。如果设置相电感斜率大于零时为高电平,小于等于零时为低电平,便可以得到如图2所示的对齐位置检索脉冲信号,其下降沿即为对齐位置。而相邻电周期内的2个检索脉冲下降沿之间相差一个电周期即45°,那么只要记录它们之间相隔的时间Δt,便可由(5和(6式分别估计出转速信息和转子位置信息:tθωΔ=Δ(5式中Δθ和Δt分别表示相临电周期的位置检索脉冲下降沿之间的角度差和时间间隔。(1(kkTθθω+=+Δ(6式中:θ(k+1和θ(k分别为相临采样周期的位置信号值;ΔT为DSP中断周期。当θon<0°时,如图3所示,相电感斜率在开通角θon处同样存在一个正的阶跃,但由于在区间(θon,0°内的电感斜率为负,因此电感斜率在[θon,0°]区间内会存在一个由正变负的过零点F。该点会与对齐位置处的电感斜率负向过零点N混淆,因此,在θon<0°时如果仅采用电感斜率过零检测法,那么如图3所示,在一个电周期内所得到的位置检索脉冲P1中将存在一个误脉冲,会影响转速和角度的估计。为解决这一问题,在θon<0°时,系统采用相电感斜率过零检测与相电流斜率检测相结合的位置估计方法。如图3所示,通过检测相电感斜率过零点,并将斜率大于零时设置为高电平,可以得到位置检索脉冲信号P1;同时,通过检测相电流斜率,并将斜率小于零时设置为高电平,便可得到信号检索脉冲P2;将P1和P2的脉冲信号相“与”,可以得到位置检索脉冲P3。由图3可知,位置检索脉冲P3保留了P1中对齐位置的检测信号,同时消除了开通位置处的误脉冲干扰。因此与θon≥0°时类似,通过检测相邻电周期内的2个P3脉冲下降沿信号,同样可由式(5和(6分别估计出转速信息和转子位置信息。与文献[3-4]中的相电流梯度法不同,本文方法中虽然采用了电流斜率的过零检测,但是该检测的目的并不在于实现对定、转子开始重合位置这一特殊位置点的检测。因此,在单脉冲控制模式下,相电流的单脉冲波形并不会影响对电流斜率为负区域的检测。从上述位置估计方法的原理可以看出,仅通过检测相电压和相电流信号,便可以在各电周期中估计出唯一的对齐位置点。这种方法不仅避免了开通、关断角的影响,而且保持了位置检测各相独立的特点。因此,利用任意相的位置估计信号,均能实现电机的无位置传感器控制。当电机发生一相故障时,电机可进入缺相运行模式,传统的缺相运行算法可以直接引入,而不受位置估计的影响。因此,该位置估计算法具备较强的容错能力。3仿真分析为验证本文方法的可行性,在Matlab/Simulink环境下搭建了12/8结构SRM样机的仿真模型。并分别针对开通角θon≥0°和θon<0°两种情况进行了仿真研究。图4为开通角θon=0°,关断角θoff=18°,转速为3500r/min时基于电感斜率过零检测法的对齐位置点估计和转子位置估计仿真结果。与图2比较可知,在相开通瞬间,相电感的估计值存在一个突变会使得计算的电感斜率存在一个正的阶跃。但由于从开通角θon=0°到对齐位置θ=22.5°之间的电感斜率均大于等于零,因此该阶跃信号并不会改变电感斜率计算值在该区间内的正负极性,那么此时仅通过检测电感斜率由正变负的点即可检测到对齐位置点信息。将电感斜率大于零的区域设置为高,小于等于零的区域设置为低,即可得到如图4所示第36期蔡骏等:一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法113t/ms参考角度/(°035255038404237394136估计角度/(°02550P1012相电感斜率−20相电感/mH024图4开通角θon≥0°时的位置估计仿真波形Fig.4Simulationresultswhenθon≥0°的P1位置检索脉冲。该脉冲的下降沿即代表对齐位置信息。由于相邻2个下降沿之间相差45°,根据式(5和(6即可估计出转子位置信息。与参考位置信号比较可以看出,位置估计具有较高的精度,满足无位置传感器控制的要求。图5给出了开通角θon<0°时的位置估计过程仿真波形。该仿真中,开通角θon=−3°,关断角θoff=17°,转速为7500r/min。与图4类似,在开通瞬间,计算的电感斜率亦存在一个正的阶跃。但理论上由于在(−3°,0°区间内的电感斜率为负,那么该阶跃信号会使得电感斜率计算值在θon=−3°位置存在一个由正变负的过零点,该点不易与对齐位置处的电感斜率由正变负的过零点区分。因此,仅利用电感斜率过零点法得到的位置检索脉冲P1无法实现位置信号的精确估计。本文在不引入滤波环节的前提下,将相电流斜率为负的区域设置为高电平,即可得到如图5中的脉冲信号P2。由于在相电感底部区域(即不对齐位置附近的运动电动势很小,使得相电流将在该区域不断上升,当且仅当导通区的运动电动势大于绕组两端电压时,电流才开始下降。因此,相电流斜率为负的区域应位于0°之后,那么将位置检索脉冲P1与脉冲信号P2相“与”后得到的脉冲信号P3亦位于0°之后,这样可以有效的避免θon<0°时位置检索脉冲P1中的误脉冲干扰。通过检测位置检索脉冲P3的下降沿信号即可得到对齐位置信息,据此,利用式(5和(6同样可估计出转子位置信息。从图5给出的参考位置信号和估计位置信号的仿真波形可以看出,该位置估计方法具备较高的估计精度,有效的避免了开通角变化的影响。t/ms参考角度/(°10111213估计角度/(°P3P2P1相电感斜率−相电感/mH相电流斜率/104−相电流/A图5开通角θon<0°时的位置估计仿真波形Fig.5Simulationresultswhenθon<0°此外,从图4和5的仿真波形可以看出,在单脉冲控制模式下,仅通过检测某一导通相的相电流和相电压信号,即可估计出转子位置信息,实现无位置传感器控制。因此,该方法实现了位置估计的各相独立性,具备无位置传感器缺相容错控制的潜力。本文将在实验中进一步验证这一性能。4实验验证为进一步验证本文提出的无位置传感器算法的可行性,在一台12/8结构SRM样机上进行了相关实验。图6为实验系统硬件实物图,其中功率系统和控制系统主要包含不对称半桥功率变换器,以功率变换器和控制器PC和示波器SRM样机测功机调压器图6实验系统实物图Fig.6Hardwareimplementation114中国电机工程学报第32卷TMS320F2812DSP为核心的数字控制器以及电流、电压传感器及其信号调理电路等。图7(a和(b分别给出了θon=0°和θon=3°时采用电感斜率过零检测法无位置传感器运行模式下的三相电感估计波形和C相的对齐位置检索脉冲的波形。与原理图2以及图4所示的仿真波形比较可以看出，当θon≥0°时，采用电感斜率过零检测法可较好的估计出对齐位置的检索脉冲，从而实现无位置传感器稳定运行。LaL(3mH/格LcLbP1t(100μs/格(aθon=−3°时电感斜率过零检测法的位置检索脉冲估计L(3mH/格相电感相电感斜率P1L(3mH/格LaLcLbP1t(250μs/格(bθon=−3°时的位置检索脉冲估计和相电感波形t(1ms/格(aθon=0°Ia(4.15A/格P2P1P3Δθ=45°t(250μs/格P1L(3mH/格LaLcLb(cθon=−3°时的新型位置估计算法和无位置传感器运行t(1ms/格(bθon=3°图8开通角θon<0°时的对齐位置检索脉冲估计Alignedpositionindexpulseestimationwhenθon<0°Fig.8图7开通角θon≥0°时的对齐位置检索脉冲估计Alignedpositionindexpulseestimationwhenθon≥0°Fig.7脉冲信号，所得到的位置检索脉冲P3中保留了对齐位置的位置信息。通过检测P3的下降沿信息，即可由式(5和(6估计出转子位置信息。由图9可以看出，采用该方法所得到的位置估计波形与传感器提供的参考位置波形基本一致，因此具有较高的估计精度。值得说明的是，通过比较图8与图3和5可以发现，在理想状态仿真中，不对齐位置的电感斜率为0，而在(0°,22.5°之间的电感斜率均大于0，因此，P1脉冲从0°开始转为高电平信号。而在实验中，由于在不对齐位置0°附近的电感非常接近，使得电感斜率的计算值近似为零，因此，如图8(a—图8(a给出了θon=−3°时的相电感估计波形，相电感斜率估计波形，以及采用相电感斜率过零法得到的位置检索脉冲P1波形。与图3和图5对比可以证明，在开通瞬间相电感斜率的计算值存在一个正的阶跃，该阶跃信号使得估计的P1信号在(−3°,0°区间存在一个误脉冲信号，从而会影响转子位置估计。图8(b给出了转速为7500r/min时的三相电感以及P1脉冲的估计波形，验证了在θon<仅采用电感斜率过零检测法不易实现精0°区域内，确的位置估计。图8(c为θon=−3°，θoff=17°，转速(c中所示的P1脉冲在0°附近位置仍为低电平，只有当相电感在开始上升时才转为高电平信号，但这种区别并不影响转子位置估计原理的实现。由理论分析和仿真结果得知，本文提出的位置估计算法实现了位置估计的各相独立性，在电机发7500r/min时，采用相电流斜率检测法与相电感斜率过零检测法相结合的位置估计方法下的无位置传感器运行波形。从图8可以看出，通过结合相电流负斜率检测，有效的避开了θon<0°区域内的误第36期蔡骏等：一种具有容错功能的开关磁阻电机无位置传感器控制方法1155结论P1θ(90°/格P3估计位置角参考位置角本文提出了一种适合中、高速运行的开关磁阻电机无位置传感器位置估计方法。该方法将电流斜率检测和电感斜率过零点检测相结合，实现了对齐位置点的估计，解决了电感斜率过零检测法易受开t(500μs/格通角变化影响的问题。该方法的实现无需增加系统硬件，也无需预先测量电机的电磁特性曲线，而且算法避免了复杂的查表、模型计算等耗时环节，简化了软件结构并提高了运行速度，非常适合转速较高的应用场合。此外，由于该方法实现了位置估计的各相独立，因此可以实现无位置传感器缺相容错控制。图9Fig.9开通角θon=−3°时的位置估计波形Positionestimationwhenθon=−3°生缺相故障时，仍然可以估计出转子位置信息。本文通过实验对这一特点进行了验证。10(a为θon=图−3°时，三相正常运行时各相的位置估计波形，可以看出通过检测各相的相电压和相电流信号可以从各相分别独立的估计出转子位置信息。C相驱当动信号被切断后，如图10(b所示，相即进入却缺C相运行状态，此时故障相已无法实现位置估计，而其它正常相A和B仍能正常估计出位置检索脉冲。此时，利用A和B相中任意一组位置检索脉冲信号均可实现对转子位置的估计，维持电机缺相运行。A相P3脉冲参考文献[1]FahimiB，SureshG，EhsaniM．Reviewofsensorlesscontrolmethodsinswitchedreluctancemotordrives[C]//IndustryApplicationConference．Roma，2000：1850-1857．[2]EhsaniM，FahimiB．Eliminationofpositionsensorsinswitchedreluctancemotordrives：stateoftheartandfuturetrends[J]．IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2002，49(1：40-47．[3]GaoHongwei，SalmasiFR，EhsaniM．Inductancemodel-basedsensorlesscontroloftheswitchedreluctancemotordriveatlowspeed[J]．IEEETransactionsonPowerElectronics，2004，19(6：1568-1573．[4]FahimiB，EmadiA，SepeRB．FourquadrantpositionsensorlesscontrolinSRMdrivesovertheentirespeedrange[J]．IEEETransactiononPowerelectronics，2005，20(1：154-163．[5]LyonsJP，MacMinnSR，PrestonMA．Flux-currentmethodsforSRMrotorpositionestimation[C]//IndustryApplicationsSocietyAnnualMeeting．Dearborn，1991：482-487．[6]McCannR，IslamMS，HusainI．Applicationofslidingmodeobserverforswitchedreluctancemotordrives[J]．IEEETransactiononIndustryApplications，2001，37(1：θ(90°/格C相估计角度B相估计角度A相估计角度t(500μs/格(a在θon=−3°时三相正常运行时的各相位置估计A相P3脉冲θ(90°/格C相估计角度B相估计角度A相估计角度t(1ms/格(bθon=−3°时切断C相驱动后的各相位置估计51-58．[7]IslamMS，HusainI，VeilletteRJ，etal．Designandperformanceanalysisofsliding-modeobserversforsensorlessoperationofswitchedreluctancemotors[J]．IEEETransactiononControlSystemsTechnology，2003，11(3：383-389．[8]HossainS，HusainI，KlodeH，etal．Fourquadrantandzerospeedsensorlesscontrolofaswitchedreluctancemotor[J]．IEEETransactionsonIndustrialApplications，2003，39(5：1343-1349．图10θon<0°时电机正常运行和C相缺相运行的位置估计PositionestimationundernormalandCphaselackingphasefaultoperationwhenθon<0°Fig.10上述实验结果表明，本文方法有效的解决了电感斜率过零检测法受开通角θon变化影响的问题，实现了中、高速时的无位置传感器控制，同时具备多相冗余和容错能力。116中国电机工程学报第32卷[9]CheokA，ErtugrulN．Highrobustnessandreliabilityoffuzzylogicbasedpositionestimationforsensorlessswitchedreluctancemotordrives[J]．IEEETransactiononPowerElectronic，2000，15(2：319-334．[10]MeseE，TorreyDA．Anapproachforsensorlesspositionestimationforswitchedreluctancemotorsusingartificialneuralnetworks[J]．IEEETransactiononPowerElectronics，2002，17(1：66-75．[11]HudsonCA，LoboNS，KrishnanR．Sensorlesscontrolofsingleswitch-basedswitchedreluctancemotordriveusingneuralnetwork[J]．IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2021，55(1：321-329．[12]ParamasivamS，VijayanS，VasudevanM，al．etReal-timeverificationofaibasedrotorpositionestimationtechniquesfora6/4poleswitchedreluctancemotordrive[J]．IEEETransactionsonMagnetics，2007，43(7：3209-3222．[13]夏长亮，王明超，史婷娜．基于神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制[J]．中国电机工程学报，2005，25(13：123-128．XiaChangliang，Wangmingchao，ShiTingna．Positionsensorlesscontrolforswitchedreluctancemotorsusingneuralnetwork[J]．ProceedingsoftheCSEE，2005，25(13：123-128(inChinese．[14]夏长亮，谢细明，史婷娜，等．开关磁阻电机小波神经网络无位置传感器控制[J]．电工技术学报，2021，23(7：33-38．XiaChangliang，Ximing，Tingna，al．XieShietPositionsensorlesscontrolofswitchedreluctancemotorusingwaveletneuralnetworks[J]．TransationofChinaElectrotechnicalSociety，2021，23(7：33-38(inChinese．[15]邱亦慧，詹琼华，马志源，等．基于简化磁链法的开关磁阻电机间接位置检测[J]．中国电机工程学报，2001，21(10：59-62．QiuYihui，ZhanQionghua，MaZhiyuan，etal．TheindirectpositionsensingofSRMonthebasisofsimplifiedfluxmethod[J]．ProceedingsoftheCSEE，2001，21(10：59-62(inChinese．[16]郑洪涛，蒋静坪，徐德鸿，等．开关磁阻电动机无位置传感器能量优化控制[J]．中国电机工程学报，2004，24(1：153-157．ZhengHongtao，JiangJingping，XuDehong，etal．Switchedreluctancemotorsensorlessdrivewithenergyoptimizingcontrolstraregy[J]．ProceedingsoftheCESS，2004，24(1：153-157(InChinese．[17]Gallegos-LopezG，KjaerPC，MillerTJE．Anewsensorlessmethodforswitchedreluctancemotordrives[J]．IEEETransactiononIndustryApplications，1998，34(4：832-840．[18]BatemanCJ，MecrowBC，ClothierAC，al．etSensorlessoperationofanultra-high-speedswitchedreluctancemachine[J]．IEEETransactiononIndustryApplications，2021，46(6：2329-2337．[19]蔡骏，邓智泉．一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法[P]．专利号：ZL202110238771.6．CaiJun，DengZhiquan．Asensorlesspositionestimationmethodforswitchedreluctancemotor[P]．Patentnumber：ZL202110238771.6．收稿日期：2021-07-03。作者简介：蔡骏(1982，男，博士研究生，研究领域为开关磁阻电机无位置传感器控制技术，高速开关磁阻起动/发电系统研究，qinghuadianji@163；蔡骏邓智泉(1969，教授，男，博士生导师，研究领域为无轴承电机，高速电机，交流电机控制。(责任编辑王剑乔《汽车发动机管理系统故障诊断与维修》课程教案单元标题1－4冷却液温度传感器的检修课次位置2教学学时2授课班级上课地点发动机管理系统故障诊断与维修一体化室上课时间第周月日第节第周月日第节教学目标能力目标知识目标素质目标能正确使用故障诊断仪对冷却液温度传感器进行检查。能使用万用表对喷油器对冷却液温度传感器及信号电路进行检查。掌握冷却液温度传感器的作用、结构及工作原理。正确识读冷却液温度传感器的信号电路。熟悉冷却液温度传感器故障对发动机造成的影响。具有团队协作精神；能通过各种媒体资源查找所需信息，自主学习新知识、新技术；能不断积累经验，从个案中寻找共性。能力训练任务任务1.进行冷却液温度传感器及其信号电路的检测。本次课中涉及到的专业核心外语词汇THAthermometerofair进气温度THWthermometerofcoolant冷却液温度WTScoolanttemperaturesensor冷却液温度传感器ATSairtemperaturesensor空气温度传感器ECTenginecoolanttemperature发动机冷却液温度本次课所需教学资料案例1.一辆捷达，发动机起动困难，怠速严重抖动。案例2.一辆上海别克轿车，用户反映该车起动困难，每次要起动三四次发动机才能着车，而且车辆起动后还会出现怠速不稳、热车后水温易高、排气管冒黑烟和收油门容易熄火的现象，同时发动机故障指示灯有时还常亮不熄参考资料：《汽车发动机电控技术》，《汽车发动机管理系统故障诊断与维修学材》，《汽车发动机管理系统故障诊断与维修》网站-课件、电子教案、Flash教学动画，维修手册仪器、设备：发动机实训台3台、汽车万用表、故障诊断仪、汽车专用示波器、跨接线、测试灯、燃油压力表。教学过程序号教学内容时间(min)教学方法温度传感器(IATS)功用：给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号，包括燃油脉宽、点火正时、怠速控制和尾气排放等，若进气温度传感器信号中断，将导致发动机热起动困难，燃油脉宽增加，尾气排放恶化。安装：D型--空气滤清器内或进气总管内；L型--在空气流量计内。热敏电阻：正温度系数（PTC）型：电阻值随温度升高而增大负温度系数（NTC）型：电阻值随温度升高而减小临界温度型热敏电阻（CTR）：阻值以某一温度(称为临界温度)为界，高于此温度时阻值为某一水平，低于此温度时阻值为另一水平。热敏电阻是利用陶瓷半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性制成的，其突出优点是灵敏度高、响应及时、结构简单、制造方便、成本低廉。1进气温度传感器进气温度传感器如图2-58，壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化。电路如图2-59，ECU通过THA端子测得的分压值随之变化，ECU根据此分压值判断进气温度。检测：测量两个端子之间应无断路故障，否则应更换传感器。2．冷却液温度传感器(ECTS)给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。冷却液温度传感器一般安装在气缸体水道上或冷却水出口处。结构和电路如图2-60和图2-61-，其工作原理与进气温度传感器相同。1课程设计任务书2概述2.1系统组成框图利用单片机和传感器构建一套完整的液位自动控制系统。可根据需要设定液位的上限和下限，同时具备报警功能。本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发压力传感器实现液位自动控制系统。系统原理图如图2-1：压力传感器采集到压力信号传送给信号处理模块,它与单片机通信测出液位的高低，经过线性化处理后发给继电器电路，控制继电器的通断及发光二极管的亮灭。2.2压力传感器实现液位控制原理及特性压力传感器简介：压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。利用压力传感器实现液位控制的基本原理：基于单片机、压力传感器实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由压力传感器、A／D转换器、继电器、发光二极管等组成。工作过程如下：水箱(水塔液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔底部压力的变化，压力传感器在接收到压力信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5V标准信号，送入A／D转换器，A／D转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出。压力传感器的特性：压电传感器的重要特性就是压电效应，即某些电介质物体，在沿一定方向对其施加压力和拉力而使之变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上就会产生电荷；当将外力去掉后，它们又重新回到不带电的状态的现象。3压力传感器实现液位控制系统的单元电路介绍3.1单片机的介绍AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示：图3-1AT89C51实物图图3-2AT89C51管脚分布单片机引脚功能说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表3-1P3口特殊功能七年级（下）期中测验卷（选择题）班级____________学号_____________姓名_____________说明：考试时间为90分钟，总分为100分，附加题20分不计入总分。一、选择题.（每题3＇，共24＇，每题只有一个选项是正确的或最确切的）1.下列长度的三条线段能组成三角形的是（）A．1,2,3B．2,3,4C.3,6,9D．4,4,102.已知是方程的解，则k的值是（）A．2B．-2C．1D．-13.若a则下列结论不正确的是（）(A-a＞-b(B(C<0(Da2＞b24.不等式的自然数解的个数是（）(A0(B1(C2(D无数5.一个两位数能被3整除，且满足个位数字比十位数字小3，这样的两位数一共有（）(A1个(B2个(C3个(D4个6.老师在新生分组时发现，若每组7人则多2人，若每组8人则少4人，那么这个班的人数是((A40(B44(C51(D567.若不等式组有解，则a的取值范围是（）(A<2(B≥2(C≤2(D＞28.已知方程组的解是的一个解，那么的值为((A5(B6(C7(D8――――――――――――――――班级学号姓名――――――――――――――――――七年级（下）期中测验卷（答卷）说明：考试时间为90分钟，总分为100分，附加题20分不计入总分。一、选择题.（每题3＇，共24＇）题号12345678答案二、填空题.（每题3＇，共24＇）9.用方程或不等式表示：x与2的和等于y；_______________________a与b的和是非负数；_______________________x的相反数不大于它的绝对值．_______________________10.已知二元一次方程，用含spanx的式子表示y：_________________.11.不等式3x―2≤4x+1的最小整数解是________.12.在方程中，若x项的系数为0，则k的值应为_______.13.的解集是____，的解集是_____，的解集是_______.14.如果a＞b，那么_____,如果<，那么a_____b.15.若，则＝_____，＝_____.16.若，则______.三、解答题.（本大题共52＇）17.解下列方程（组）、不等式（组）(每题4＇，共20＇①.②.③.④.⑤.18.学校田径队的小刚在400米跑测试时,先以6米/秒的速度跑完了大部分路程,最后以8米/秒的速度冲刺到达终点,成绩为1分零5秒,问小刚在离终点多远时开始冲刺？（本题10＇）19.一张

圆桌由1个桌面、3条桌腿组成.如果1立方米木料可以做方桌的桌面40个或做桌腿200条，现有4.8立方米木料，那么用多少立方米木料做桌面、多少立方米木料做桌腿，做出的桌面和桌腿，恰好能配成方桌？能配成多少张圆桌？（本题11＇）20.初一年级师生外出春游，若每辆车坐45人，则恰好少1辆车；若辆车坐54人，则只有一辆车没有坐满，但超过。问有多少辆车？多少名师生？（本题11＇）附加题：(每题10＇，共20＇高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.2信号处理模块分析90分；若最后一次考试得图3-4ADC0809管脚分布图87？当控制端端电平置高，公共触点与常开端吸合。我们可以将常开端接入一发光二极管，公共端接+5V电平。图中的二极管D是起续流作用，可以防止在切断继电器线圈中的电流时出现的很高的反压，保护驱动三级管或其他驱动继电器的器件。图3-7继电器输出电路4利用压力传感器实现液位控制的硬件电路设计4.1液位测量电路的设计本此设计系统的原理图如图4-1所示，通过压力传感器、A/D转换器、单片机的通信控制继电器工作即可实现液位的控制，电路简单，精度高，容易实现，大大简化了硬件的设计。5利用压力传感器实现液位控制的软件设计5.1程序设计框图图5-1程序设计流程图5.2汇编语言程序ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:MOV40H,#25H;设置下限MOV41H,#70H;设置上限MOVP0,#0FFHMOVR0,#25HMOVDPTR,#8000HCAIYANG:MOVX@DPTR,A;启动A/D转换LCALLDELAYMOVXA,@DPTR;保存转换结果CMP:CJNEA,41H,LOOPAJMPCLOSE;等于上限，关闭阀门LOOP:JNCCLOSE;大于上限，关闭阀门CJNEA,40H,LOOP1AJMPOPEN;等于下限，打开阀门LOOP1:JCOPEN;小于下限，打开阀门AJMPCAIYANGCLOSE:CLRP2.0;关闭阀门AJMPCAIYANGOPEN:SETBP2.0;打开阀门AJMPCAIYANGDELAY:DJNZR0,DELAYRETSJMP$END总结与展望此次小学期课程设计中：我在小学期课程设计开始前又重新对传感器应用技术中的压力传感器部分知识进行了详细阅读，对传感器的知识应用有了一定的了解。我和小组成员在了解了压力传感器的优缺点和压力器工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案，并对压力传感器应用场景进行了设想与分析。完成利用压力传感器实现液位控制系统的硬件选型和电路设计和利用压力传感器实现液位控制系统的程序流程图设计及程序的编写。通过对利用压力传感器实现液位控制系统的设计过程及分析得出如下结论:利用压力传感器实现液位控制的系统电路设计简单，容易实现，精确度高。此次小学期课程设计关于利用压力传感器实现液位控制系统的设计，虽然可以满足一般工业的需求，也做了一些尝试性的探索工作，但是还存在很多不完善的地方，仍有许多方面有待进一步深入学习。总之，通过此次小学期课程设计使我进一步的认识到了传感器的强大功能，由于此次小学期课程设计也用到了单片机的知识，所以又从一定的程度上加深了我对单片机知识的运用水平和理解水平。最后，特别感谢老师的精心指导与耐心讲解使我们能够顺利完成本次小学期课程设计。参考文献教育部参赛_汽车冷却液温度传感器的检测_朱清燕一、教案背景1、面向学生：中职学生2、学科：汽修专业《汽车电控发动机构造与维修》3、课时：4课时（第1-2课时主要通过“看一看”、“想一想”、“学一学”完成案例引入、理论教学、计算机仿真检测教学对汽车冷却液温度传感器的作用、类型、工作原理及检测部分的掌握，第3-4课时主要通过“做一做”、“练一练”、“评一评”完成汽车冷却液温度传感器实车检测、小组PK等部分）4、教学设计理念：利用互联网百度搜索、多媒体仿真软件和校内实训基地企业化模式下的实训平台，根据中职学生好奇心强和喜欢动手的特点，通过网络视频创设情景，激发学生学习的兴趣；通过多媒体仿真软件中的模拟实操，使学生更易掌握知识点；通过多媒体课件中的教学互动，使学生成为学习的主体能够促进教师教学的改进；通过多媒体课件中的评价系统，学生可以检测掌握知识的情况；通过校内实训基地企业化模式下的实训平台，提高学生实际的汽修检测技能。5、教学基础条件：（1）连接到Internet的多媒体教学平台。（2）上海鹏达计算机系统开发公司提供的多媒体仿真软件。（3）中山市沙溪理工学校汽车实训基地提供的4S管理模式下的整车实训平台二、教学目标知识目标：1、掌握汽车冷却液温度传感器的作用及类型；2、理解汽车冷却液温度传感器的工作原理。能力目标：1、通过对汽车冷却液温度传感器检测模拟的操作；掌握冷却液温度传感器检测原理和操作方法；2、通过实物图片和动画的展示，培养学生的观察分析能力；3、通过校内实训基地企业化模式下的实训平台，提高学生实际的汽修检测技能。情感目标：1、通过创设情景、实物演示，激发学生的好奇心和求知欲；2、通过多媒体仿真软件提供自主学习和反馈，增强学生的自信心和成就感；素质目标：1、培养团队合作、吃苦耐劳等精神2、培养良好的职业素养。三、教材分析1、教材使用本文选自中等职业教育国家规划教材人民交通出版社的《汽车冷却液温度传感器的检测》第四章第四节。汽车冷却液温度传感器的工作原理及检测是本章的重点，只有掌握好这部分内容，学生才能更好进行故障分析和检修。2、主要参考书《汽车传感器原理与检测200问》宋年秀//张俊祥//刘超编著，中国电力出版社（2021ISBN:9787508380483）和《汽车传感器检测图解(二版》鲁植雄//赵兰英编著，江苏科学技术出版社（2007ISBN:9787534556647）。教学重点：1、汽车冷却液温度传感器的工作原理；2、汽车冷却液温度传感器的检测。教学难点：汽车冷却液温度传感器的检测。四、教学方法中职学生的学习问题主要是方法问题，其特点是喜欢动手操作，因此，我在教学过程中力求突出方法及兴趣结合的渗透。1、引导发现法（如头脑风暴）2、直观分析法；3、任务驱动法4、分组教学法；5、项目PK6、问题引入等结合理实一体化的教学方法。五、课前准备【教师活动】1、教师利用百度互联网搜索，查找汽车冷却液温度传感器相关的图片和视频资料；2、带动学习小组组长，让其优先掌握多媒体仿真软件的使用来带动小组成员；3、和小组组长一起熟悉校内实训基地企业化模式下的实训平台（整车实训检测）【学生活动】提前一周下发要求，让学生上网查阅汽车空调的相关资料和观察汽车冷却液温度传感器实物构成，为新课学习奠定一定的基础。六、流程设计根据该教学任务，通过多媒体仿真软件将教学内容设计成七个环节，如下图所示：七、教学过程教学过程设计意图（一）、“看一看”创设情景（案例引入）【教师活动】案例引入——通过汽车发动机起动困难的故障案例，来引入汽车冷却液温度传感器的检测新课。【百度搜索】：汽车起动困难【学生活动】让学生根据起动困难的故障进行思考讨论，该故障很可能是什么原因引起的？【学法指导】情景导入，问题驱动。配合网络及音乐，创设情景，激发学生学习和探究的兴趣。（二）、“想一想”激发思维【教师活动】1、通过视频，提出问题，讲授新课，解答汽车起动困难产生的原因有那些。2、问题可能产生原因：【学生活动】让学生分组讨论，并派代表回答问题。【学法指导】问题驱动，交流谈论。激发学生的思维，导入汽车冷却液温度传感器探究和学习。（三）、“学一学”掌握知识【教师活动】1、通过实物及百度搜索图片、百度搜索视频，介绍汽车冷却液温度传感器的作用、分类、原理，通过动画演示分析原理，使这个教学难点容易让学生理解和掌握。【百度搜索】：汽车冷却液传感器分类【百度搜索】：汽车冷却液温度传感器【学生活动】师生互动，共同得出结论：1、汽车冷却液温度传感器的作用：2、汽车冷却液温度传感器的工作原理：3、汽车冷却液温度传感器的检测：【学法指导】观察分析，讲授指导。动画演示工作原理，实物及图片展示，让学生掌握重难点内容。（四）“做一做”仿真实操【教师活动】本环节通过仿真软件模拟汽车冷却液温度传感器的检测的操作。【学生活动】学生模拟演示，并讲解相关的检测原理。【学法指导】模拟操作，示范指导。模拟仿真，让学生能够真实感受汽车冷却液温度传感器检测的操作。（五）、“练一练”巩固知识（实车检测）【教师活动】本环节通过通过校内实训基地企业化模式下的实训平台真实进行汽车冷却液温度传感器检测的操作。【学生活动】学生小组PK，加强技能掌握，并检查学习效果。【学法指导】课堂演练和PK竞赛，及时点评。让学生进行课堂演练，加深巩固知识，同时通过小组间的PK竞赛，让学生及时检测自己掌握技能的程度。（六）“评一评”教学反馈【教师活动】设立教学调查反馈表，学生可以将自己对知识的掌握情况以及对老师的教学建议及时反馈给老师，学生通过发电子邮件或微博给老师。1、你是否清楚汽车冷却液温度传感器的作用？是（）否（）2、你是否清晰汽车冷却液温度传感器的工作原理？是（）否（）3、你是否清晰汽车冷却液温度传感器的检测？是（）否（）4、你对老师的教学是否满意？满意（）比较满意（）不满意（）5、你对教学的意见？发送email给老师6、与老师的微博互动，发表你的看法。【学生活动】学生课后反思完成反馈表。【学法指导】反思反馈，多练多改，温故知新。教学相长，认真听取学生的反馈，改进教学方法。八、教学反思：选用的是专业实例进行讲解强调的是教学过程与专业内容的紧密结合学生的学习目的性更强根据以往教学经验，学生的学习效果会更好。九、教师个人介绍省份：广东省学校：中山市沙溪理工学校姓名：朱清燕通讯地址：广东省中山市沙溪理工学校，汽技部2021年华南理工大学机械与汽车学院本科毕业，中共党员中学一级教师，汽车维修高级技师、汽车电气高级工。曾多次荣获省市镇优秀教师、骨干教师、先进教师等荣誉称号，多篇论文发表、获奖。全极性霍尔传感器开关介绍：根据数字输出，霍尔效应集成器件可以分为四种：单极性开关，双极性开关，全极性开关和锁存型开关。本文主要来阐述全极性开关。全极性霍尔开关又被称作全极性开关，是一种在强的南磁场和强的北磁场下均工作的,数字量输出的锁存型开关。这简化了产品的应用，因为对于全极性器件而言，可以不考虑磁铁的极性来进行安装。一个拥有足够强磁性的单极磁铁可以令器件工作。器件导通之后，全极性器件将一直保持导通状态，直到磁场被移走，器件才恢复关断的状态。器件锁存住变化之后的状态，一直保持关断，直到一个新的足够强的磁场再一次到来。一个用来检测车辆换挡杆位置的应用，如图1.换挡杆引用一个磁铁（紫色的缸）。黑盒子组成的黑色的线是一个全极性开关器件组成的阵列。当驾驶员移动换挡杆，磁铁便会在阵列当中移动。靠近磁铁的器件会打开处于导通状态，但是更多远离磁铁的器件是不受影响的，是关断的。无论是磁铁的南极或北极都可以面向霍尔器件，霍尔器件的商标面朝向磁铁。磁场开关点的定义：B为磁场强度，用来表示霍尔器件的开关点，单位是GS（高斯），或者T（特斯拉），转换关系是1GS=0.1mT。B磁场强度有南极和北极之分，所以有必要记住它的代数关系，北极磁场为负数，南极磁场为正数。该关系可以比较南极北极磁场的代数关系，磁场的相对强度是由B的绝对值表示，符号表示极性。例如：一个-100GS（北极）磁场和一个100GS（南极）磁场的强度是相同的，但是极性相反。-100GS的强度要高于-50GS。•BOP–磁场工作点；使霍尔器件打开的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。•BRP–磁场释放点；使霍尔器件关断的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。•BHYS–磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间的这个差值来过滤掉在应用中可能由于机械振动或电磁噪声引起磁场的小的波动值。BHYS=|BOP−BRP|.典型工作状态全极性霍尔传感器的开关点是关于B=0对称的，如图2。开关点在与之相反的极性上是具有等效的强度的。比如，器件的南极BOP=60GS，BRP=30GS，那么它的北极BOP=-60GS，BRP=-30GS。锁存最新的工作状态，避免受外部微弱磁场的影响。图2A全极开关的输出特性图2B全极开关的输出特性全极性器件在任何足够强的极性的磁场下打开的时候，输出高电平（图2A）（几乎达到Vcc）还是低电平（图2B）（输出管的Vout，一般小于200mV），取决于器件输出级的设计。全极性开关在一个较小的磁场内关断，输出为一个与导通时极性相反的信号。磁场强度在滞回窗口内的时候，器件的状态不转换。另外，当外部为弱磁场（BRPn＜BBRPs）时，锁存当前的状态可以避免器件状态转换。在器件状态再次转换前，没有必要经过B=0GS这个点。一个知道目前状态的器件点可以通过相同或者相反极性的磁场来控制下面的开关状态。虽然器件可以在任何外部磁场强度的状态下开机，但是为了解释图2由存在北极磁场强度远大于Bop的最远的左边开始，器件导通，输出高电平或者低电平取决于器件的设计。沿着正确的箭头向右走，北磁场变的越来越弱，当B＜Brpn时，器件关断，输出转换为相反的状态。当磁场强度一直弱于Bopn和Bops（在B=0附近）时，器件一直关断，锁存输出状态不变化。即使磁场强度超过Brpn和Brps，在Bhys内的时候，输出状态也一直锁存。如果强的南极磁场到来，按着向右的箭头，当B＞Bops时，器件导通，输出状态再次向相反的状态转换。如果是强的北极磁场到来，按着向左的箭头，当B强于Bopn时，器件导通，输出回到初始的状态。上拉电阻上拉电阻必须连接在电源和输出引脚之间，上拉电阻的阻值一般是1-10kΩ。最小上拉电阻是传感器最大输出电流（拉电流）和电源的函数。20mA是一个最大输出电流的典型值，并在此情况下，最低可拉VCC/0.的负载。如果考虑消耗的电流，上拉电阻可以增大到50-100kΩ。注意：如果上拉电阻过大，那么即使外部的磁场是磁关断状态，电路的输出也将是低电平。这并不是器件的问题，而是在与上拉电阻和传感器IC的输出引脚间发生的电流泄露。严重的话，会使大幅降低芯片的输出电压，使其失去逻辑功能。使用滤波电容参考图3中滤波电容的摆放位置，一般来说：•对于没有斩波稳定的设计来说，建议在输出和接地之间以及电源和接地之间分别放置一个0.01μF的电容。•对于斩波稳定设计，必须在电源和地之间放置一个0.1μF的电容，建议在输出和地面之间放置一个一个0.1μF的电容。图3典型应用

在通电情况下，只有外部磁场大于BOP或者小于BRP的情况下，双极器件才能上电在一个有效的状态。如果磁场强度是在迟滞带，BOP和BRP之间，器件保持最初的状态，然后经过一个开关点，达到第一个正确的状态。器件可以设计一个上电逻辑使器件在开关点到达之前，一直处于关闭状态。上电时间上电时间某种程度上取决于器件的设计，数字输出传感器IC，如双极器件，达到初始稳定的上电时间如下：有斩波放大器设计的器件，上电时间＜25us，没有斩波放大器设计的器件＜4us。一般说来，在通电之后经历这段时间之前，器件的输出可能处于一个不正确的状态，但是，经过这段时间之后，器件的输出肯定处于一个正确的状态。功耗总功耗是两个因素的总和：•消耗在器件上的功率，不包括在输出端的功率