本发明专利技术公布了一种基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法及系统，属于开关磁阻电机控制技术领域。本发明专利技术的方法包括初始化设定、非导通区域脉冲电流包络线提取、导通区域脉冲电流包络线提取、全周期脉冲电流包络线提取以及位置判断等步骤；本发明专利技术的系统包括初始化模块、非导通区域脉冲电流包络线提取模块、导通区域脉冲电流包络线提取模块、全周期脉冲电流包络线提取模块以及位置判断模块。本发明专利技术的方法和系统简单，能够有效估计电机转子的位置，且不需要增加硬件，通用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种开关磁阻电机位置估计方法及系统，尤其是一种基于脉冲电流包 络线的开关磁阻电机位置估计方法及系统。
技术介绍
在应用领域中，开关磁阻电机需要转子位置信号，目前转子位置信号的获取主要 采用直接位置检测方法，该方法是在电机中专门增设一个位置传感器得到位置信号，典型 的有电磁式、光电式、磁敏式等，其中光电传感器应用最广泛，但这些传统的机械传感器结 构复杂，安装不方便，不仅增加了系统结构的复杂性，同时也降低了系统的可靠性和增加了 成本，制约了开关磁阻电机的广泛应用，特别在高温、灰尘等恶劣环境下，位置传感器又容 易出现故障，这又限制了电机的正常运转。为了克服开关磁阻电机这一弊端，探索一种算法 简单、容易实现、又高可靠性的无位置传感器技术具有十分重要的实际意义。 近年来，国内外学者对开关磁阻电机无位置传感器技术进行了广泛的研究，提出 一系列的位置估计算法，主要有脉冲注入法、磁链/电流法、智能拟合算法、电感模型法以 及非导通相电流波形检测、调制技术等，这些方法是利用电机固有的电、磁等与转子位置相 关的信息间接估计位置信号，但由于算法模型本身设计的局限性，每种方法都存在其适应 范围和优缺点，目前还不能应用到工程系统中，不过随着智能控制、数字信号处理、电力电 子等技术的高速发展，复杂控制算法和高精度的转子位置估计算法得以实现途径可能变为 现实。 其中，低速状态下对非导通相注入高频脉冲，通过脉冲电流峰值与电流阀值比较 估计位置信号得到国内外很多学者的研究。分别提出了对前一非导通相注入高频脉冲、后 一非导通相注入高频脉冲和两相非导通相注入高频脉冲三种方法。对前一非导通相注入高 频脉冲方法优点是简单，容易实现，缺点是会产生负转矩。对后一非导通相注入高频脉冲方 法优点是提高了电机换相的精度，并且换相位置在电感刚上升时刻，电感变化率大，脉冲电 流峰值变化量也很大，易于微处理器处理，缺点是在注入脉冲过程中，脉冲电流以电感最小 中心位置呈对称状态，这样在换相过程中还需要判断脉冲电流幅值变化的方向，才能最终 判断出换相时刻。对两相非导通相注入高频脉冲该方法优点是不需要设置电流阀值，不存 在受电压和负载的波动影响，具有一定的鲁棒性，但需要考虑到电机饱和的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有的基于注入高频脉冲的开关磁阻电机位置估计 方法需要设置电流阀值、并且只能实现单步运行，所以在母线电压变化和电机实行变角度 控制方式情况，该位置估计方式失效。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机 位置估计方法，包括如下步骤： 步骤1，设定非导通区域注入的高频PffM脉冲信号频率和占空比、导通区域斩波控 制方法中的斩波电流上限Γ以及固定下降时间At的值，且高频PffM脉冲信号的高电平时 间与固定下降时间At相等； 步骤2,在非导通区域，向非导通相上的开关管发送高频PffM脉冲信号控制信号， 并读取在高频PWM脉冲信号的下降沿采集的脉冲电流的峰值i_ k，再利用读取的脉冲电流 的各个峰值i_k生成非导通区域的脉冲电流包络线； 步骤3,在导通相区域，判断斩波电流上限Γ与相电流i的大小关系，当斩波电流 上限Γ大于等于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为1，从而开通开关管，当斩 波电流上限iM、于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为〇,从而关断开关管，使 斩波电流的峰值在固定下降时间At内降至i_ k，并读取在斩波PffM脉冲信号的上升沿采 集的脉冲电流的峰值i_k，再利用读取的脉冲电流的各个峰值i_ k生成导通区域的脉冲电 流包络线； 步骤4,将导通区域脉冲电流包络线对称上翻处理，并与非导通区域的脉冲电流包 络线进行"异或"逻辑组合，从而形成与电感曲线成反比的全周期电流峰值包络线曲线，重 复步骤1-4,形成开关磁阻电机全部三相脉冲电流^、"以及込的全周期电流峰值包络线曲 线； 步骤5,对开关磁阻电机三相脉冲电流iA、"以及込的全周期电流峰值包络线曲线 进行比较运算，由ijp i 8两相脉冲电流包络线比较得到C相位置信号PC的下降沿和上升 沿，由ijp i c两相脉冲电流包络线比较得到A相位置信号PA的下降沿和上升沿，由i ^ ic两相脉冲电流包络线比较得到B相位置信号PB的下降沿Pl和上升沿P2。 采用全周期脉冲电流包络相比较来估计转子位置信号，与现有注入高频脉冲开关 磁阻电机位置估计技术相比，不需要预先设置电流阀值，也就不存在因母线电压变化而带 来电流阀值失效的问题，具有较好为准确的位置估计精度；采用的算法简单，且不需要增加 硬件便可以实现开关磁阻电机无位置传感器双相控制方式，增加电机起动转矩，通用性强。 作为本专利技术系统的进一步限定方案，在步骤2和3中，利用多项式拟合法将各个峰 值i_ k拟合生成脉冲电流的包络线。由于各个开关磁阻电机本体设计的不同，有可能会在 包络线的交点处存在无包络线相交的区域，也就无法估计出转子的位置信号，针对这种无 包络线相交区域的现象，为了提高本专利技术方法的通用性，本专利技术采用了多项式拟合的方法， 将无包络线相交的区域通过拟合的方法将脉冲电流包络线补全，从而可以得到一个完整的 全周期脉冲电流包络线。 本专利技术还提供了基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计系统，包括初始化 模块、非导通区域脉冲电流包络线提取模块、导通区域脉冲电流包络线提取模块、全周期脉 冲电流包络线提取模块以及位置判断模块；其中， 初始化模块，用于设定非导通区域注入的高频PffM脉冲信号频率和占空比、导通 区域斩波控制方法中的斩波电流上限Γ以及固定下降时间At的值，且高频PffM脉冲信号 的高电平时间与固定下降时间At相等； 非导通区域脉冲电流包络线提取模块，用于在非导通区域，向非导通相上的开关 管发送高频PWM脉冲信号控制信号，并读取在高频PWM脉冲信号的下降沿采集的脉冲电流 的峰值i_ k，再利用读取的脉冲电流的各个峰值i_k生成非导通区域的脉冲电流包络线； 导通区域脉冲电流包络线提取模块，用于在导通相区域，判断斩波电流上限Γ与 相电流i的大小关系，当斩波电流上限Γ大于等于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲 信号置为1，从而开通开关管，当斩波电流上限iM、于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉 冲信号置为〇,从而关断开关管，使斩波电流的峰值在固定下降时间A t内降至i_k，并读取 在斩波PWM脉冲信号的上升沿采集的脉冲电流的峰值i_k，再利用读取的脉冲电流的各个 峰值i_ k生成导通区域的脉冲电流包络线； 全周期脉冲电流包络线提取模块，用于将导通区域脉冲电流包络线对称上翻处 理，并与非导通区域的脉冲电流包络线进行"异或"逻辑组合，从而形成与电感曲线成反比 的全周期电流峰值包络线曲线，重复步骤1-4,形成开关磁阻电机全部三相脉冲电流i A、iB 以及的全周期电流峰值包络线曲线； 位置判断模块，用于对开关磁阻电机三相脉冲电流iA、iB以及i ^的全周期电流峰 值包络线曲线进行比较运算，由ijp i 8两相脉冲电流包络线比较得到C相位置信号PC的 下降沿和上当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设定非导通区域注入的高频PWM脉冲信号频率和占空比、导通区域斩波控制方法中的斩波电流上限i*以及固定下降时间Δt的值，且高频PWM脉冲信号的高电平时间与固定下降时间Δt相等；步骤2，在非导通区域，向非导通相上的开关管发送高频PWM脉冲信号控制信号，并读取在高频PWM脉冲信号的下降沿采集的脉冲电流的峰值ipeak，再利用读取的脉冲电流的各个峰值ipeak生成非导通区域的脉冲电流包络线；步骤3，在导通相区域，判断斩波电流上限i*与相电流i的大小关系，当斩波电流上限i*大于等于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为1，从而开通开关管，当斩波电流上限i*小于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为0，从而关断开关管，使斩波电流的峰值在固定下降时间Δt内降至ipeak，并读取在斩波PWM脉冲信号的上升沿采集的脉冲电流的峰值ipeak，再利用读取的脉冲电流的各个峰值ipeak生成导通区域的脉冲电流包络线；步骤4，将导通区域脉冲电流包络线对称上翻处理，并与非导通区域的脉冲电流包络线进行“异或”逻辑组合，从而形成与电感曲线成反比的全周期电流峰值包络线曲线，重复步骤1‑4，形成开关磁阻电机全部三相脉冲电流iA、iB以及iC的全周期电流峰值包络线曲线；步骤5，对开关磁阻电机三相脉冲电流iA、iB以及iC的全周期电流峰值包络线曲线进行比较运算，由iA和iB两相脉冲电流包络线比较得到C相位置信号PC的下降沿和上升沿，由iB和iC两相脉冲电流包络线比较得到A相位置信号PA的下降沿和上升沿，由iA和iC两相脉冲电流包络线比较得到B相位置信号PB的下降沿P1和上升沿P2。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，兴志，孙刚，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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