一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用，实现精确初始定位和超低速位置连续估计，以及低速运行时的冗余、容错控制。同时通过开关磁阻电机绕组组合方式和双通道功率控制方式进一步提升无位置传感器控制所需要绕组电流信息的检测余度，从而提升无位置传感器位置估计的冗余和容错能力，增强开关磁阻电机驱动系统的可靠性。适合可靠性要求极高、恶劣工作环境和频繁大扭矩起停的特殊应用场合，在诸如航空航天起动发电机、电动燃油泵、新能源汽车驱动电机、高端装备主轴电机、电动工具驱动电机等领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用
本专利技术涉及一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用，属于电机检测

技术介绍
位置信号是开关磁阻电机高性能控制的基本条件，传统的位置传感器受限于温度、油污等环境因素，在低温、高温等恶劣工作环境中通常无法正常运行。无位置传感器技术是利用开关磁阻电机的电磁特性来估计转子位置的方式，该方式可以在不增加硬件条件的情况下实现转子位置的估计或驱动信号的直接获取，从而取代传统的传感器。理想情况下无位置传感器可以降低系统的成本和体积，也可以增加系统的可靠性，能适合高温、高速、以及多种工况。但无位置传感器算法通常受限于复杂的数学模型、智能算法、观测器等复杂算法，对控制器要求非常高、占用控制其资源大，算法与电机控制耦合严重等问题，目前无位置传感器技术仍然是开关磁阻电机的热点和难点问题。尤其在起动阶段，如何实现带载运行时电感饱和模式下的精确初始定位和超低速阶段的连续位置估计，以及低速运行时的位置估计算法的容错控制，仍然是亟待解决的技术问题。本专利技术为解决上述问题，提出一种无位置传感器低速起动和容错控制方法，实现了精确初始定位和超低速位置连续估计，在低速运行阶段采用阀值脉冲方式实现各相位置检索脉冲的独立估计，从而具备容错功能。此外，通过将电机各相相对极绕组串联，形成每相两套独立的相绕组，采用两串两并的方式连接，采用一套功率变换器在每相两组绕组的独立注入和估计，从先实现位置估计算法的冗余备份。或者采用两套功率变换器将两组独立绕组分开而组成电机双通道控制形式，使得电机本体、功率变换器以及无位置传感器算法都能实现双余度备份。该方法的实施有助于提升开关磁阻电机驱动系统的系统容错能力，增强系统的可靠性，也进一步提升了开关磁阻电机在诸如电动汽车驱动电机、起动发电机、高端电动工具、压缩机、离心机电机等需要频繁起动的应用领域的控制性能。拓宽了开关磁阻电机的应用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具备冗余、容错能力的开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，去除了传统的位置传感器，并提升开关磁阻电机的频繁可靠起动性能。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，包括非导通相高频信号注入与响应电流峰值抑制方法，当导通相关断、且续流电流低于预设阀值后，针对非导通相注入高频电压脉冲，在脉冲注入的同时，对脉冲响应电流进行斩波处理。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括脉冲注入区电感估计方法，通过计算相开通与关断时、所对应上升斜率和下降斜率的斜率差值，将相开通与关断的相电压方程连立，计算获得脉冲注入区的增量电感值，即为脉冲注入区的相电感。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括注入斩波区域关闭方法，将计算所获电感值与预设电感底部阀值Llow比较，若计算所获电感值LA小于预设电感底部阀值Llow时，则关闭斩波区域，切换电感估计相，非导通区域进入无脉冲注入的无激励区。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括位置估计区确定方法，基于所述非导通相高频信号注入方法，当任意相进入高频注入或注入区斩波控制后，即计算该相相电感值，当计算所获该相相电感值大于Llow，且小于或等于预设电感顶部阀值LHigh时，该相即作为估计相，依次类推，进而确定位置估计区。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括静止起动和低速连续位置估计方法，基于所述脉冲注入区电感估计方法，在初始位置估计和低转速区域，针对电感计算区、不饱和电感相对转子位置角曲线进行建模和查表处理，进而通过实时计算相电感，获得各相的转子估计位置，将各相的转子估计位置进行组合，获得得到整个电周期的转子位置信号。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括起动后中低速运行时具备容错能力的位置估计方法，当转速升高到200转/分以上，将各相全周期不饱和电感上、下交点位置的电感值，分别作为上部阀值和下部阀值，将所述计算电感值与上部阀值和下部阀值比较，基于位置估计区确定方法，得到相应的位置脉冲信号。与上述相对应，本专利技术还要解决的技术问题是提供一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法的应用，针对双通道开关磁阻电机，实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计，以及低速运行时的冗余、容错控制，提升无位置传感器位置估计的冗余和容错能力，增强开关磁阻电机驱动系统的可靠性。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法的应用，包括针对单通道开关磁阻电机，用于实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计；所述单通道开关磁阻电机为A、B、C三相单通道开关磁阻电机，其中，开关磁阻电机各相中，两对相对定子极绕组分别彼此串联，分别形成两套独立串联绕组，并将两套独立串联绕组相互并联，构成所对应相的绕组；功率变换器母线端接直流母线电压源Um，与滤波d电解电容Cm并联后接入功率变换器第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂第一开关管T1的集电极接至直流母线电压源正极，发射极接C相绕组，C相绕组另一端接至第二开关管T2的集电极，第二开关管T2的发射极接至直流母线电压源负极，第二开关管T2的集电极接至第一二极管D1的阳极，第一二极管的阴极接至直流电压源的正极，第二二极管D2的阳极接至直流电压源的负极，第二二极管D2的阴极接至第一开关管的发射极，第二桥臂和第三桥臂的接法与第一桥臂接法一致；每相绕组的两个并联支路分别通过电流传感器进行电流检测；基于上述开关磁阻电机结构，在静止起动和低速运行时，针对开关磁阻电机结构中的各项绕组，选取至少一条检测信号正常的支路，应用非导通相高频信号注入与响应电流峰值抑制方法、脉冲注入区电感估计方法、注入斩波区域关闭方法、位置估计区确定方法、静止起动和低速连续位置估计方法、以及起动后中低速运行时具备容错能力的位置估计方法，实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计。同时，本专利技术还要解决的技术问题是提供一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法的应用，针对双通道开关磁阻电机，实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计，以及低速运行时的冗余、容错控制，提升无位置传感器位置估计的冗余和容错能力，增强开关磁阻电机驱动系统的可靠性。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法的应用，包括针对双通道开关磁阻电机，实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计；所述双通道开关磁阻电机为A、B、C三相双通道开关磁阻电机，其中，所述开关磁阻电机为A、B、C三相开关磁阻电机，其中，开关磁阻电机各相中，两对相对定子极绕组分别彼此串联，分别形成两套独立串联绕组；针对各相中的其中一套独立串联绕组，通过功率变换器1组成开关磁阻电机的驱动控制通道1；以及针对各相中另一套独立串联绕组，通过功率变换器2组成开关磁阻电机的驱动控制通道2；并通过共用控制器实现驱动控制通道1和驱动控制通道2的独立控制；驱动控制通道1和驱动控制通道2的电路拓扑一致，驱动控制通道1和驱动控制通道2并联接入公共的直流母线电压源Um，与滤波d电解电容Cm并联后接入功率变换器第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：包括非导通相高频信号注入与响应电流峰值抑制方法，当导通相关断、且续流电流低于预设阀值后，针对非导通相注入高频电压脉冲，在脉冲注入的同时，对脉冲响应电流进行斩波处理。

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：包括非导通相高频信号注入与响应电流峰值抑制方法，当导通相关断、且续流电流低于预设阀值后，针对非导通相注入高频电压脉冲，在脉冲注入的同时，对脉冲响应电流进行斩波处理。2.根据权利要求1所述一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：还包括脉冲注入区电感估计方法，通过计算相开通与关断时、所对应上升斜率和下降斜率的斜率差值，将相开通与关断的相电压方程连立，计算获得脉冲注入区的增量电感值，即为脉冲注入区的相电感。3.根据权利要求2所述一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：还包括注入斩波区域关闭方法，将计算所获电感值与预设电感底部阀值Llow比较，若计算所获电感值LA小于预设电感底部阀值Llow时，则关闭斩波区域，切换电感估计相，非导通区域进入无脉冲注入的无激励区。4.根据权利要求3所述一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：还包括位置估计区确定方法，基于所述非导通相高频信号注入方法，当任意相进入高频注入或注入区斩波控制后，即计算该相相电感值，当计算所获该相相电感值大于Llow，且小于或等于预设电感顶部阀值LHigh时，该相即作为估计相，依次类推，进而确定位置估计区。5.根据权利要求4所述一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：还包括静止起动和低速连续位置估计方法，基于所述脉冲注入区电感估计方法，在初始位置估计和低转速区域，针对电感计算区、不饱和电感相对转子位置角曲线进行建模和查表处理，进而通过实时计算相电感，获得各相的转子估计位置，将各相的转子估计位置进行组合，获得得到整个电周期的转子位置信号。6.根据权利要求5所述一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法，其特征在于：还包括起动后中低速运行时具备容错能力的位置估计方法，当转速升高到200转/分以上，将各相全周期不饱和电感上、下交点位置的电感值，分别作为上部阀值和下部阀值，将所述计算电感值与上部阀值和下部阀值比较，基于位置估计区确定方法，得到相应的位置脉冲信号。7.一种基于权利要求6所述开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法的应用，包括针对单通道开关磁阻电机，用于实现初始定位和低速运行时的连续转子位置估计；其特征在于：所述单通道开关磁阻电机为A、B、C三相单通道开关磁阻电机，其中，开关磁阻电机各相中，两对相对定子极绕组分别彼此串联，分别形成两套独立串联绕组，并将两套独立串联绕组相互并联，构成所对应相的绕组；功率变换器母线端接直流母线电压源Um，与滤波d电解电容Cm并联后接入功率变换器第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂第一开关管T1的集电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，陆琳娜，向程，刘泽远，赵兴强，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32