一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法技术

本发明专利技术公布了一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法，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、电感周期的平均分区、相电流上升变化量的计算与判断、相电流上升的时间变化量计算及判断以及位置判断等步骤。本发明专利技术的开关磁阻电机初始位置估计方法能够有效估计电机转子的初始位置，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初始位置估计方法，尤其是一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法。
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。为了实现无位置传感器技术的应用，初始位置的判断是前提和条件，特别是在某些特定场合，如电动汽车、精确伺服传动装置等领域是不允许电机反转，所以要在这些领域使用无位置传感器技术，就必需考虑初始位置角精确估算和初始导通相判断问题，如果不能实现准确的初始位置估计，会导致电机反转，严重会导致灾难性后果。国内外学者对开关磁阻电机初始位置估算判断研究了很多方法，如脉冲注入法、电感分区法等，脉冲注入法是通过脉冲电流的幅值大小判断电机的初始起动相，但在电感相差不大的区域，因脉冲电流的幅值相差也很小，而导致初始位置估计精度不高。电感分区法存在电感最大和最小区域电感变化缓慢，所以该区域电机的相电流变化也很缓慢，这对电流传感器采集相电流的精度有很大影响，最终导致初始位置估计的精度不高，可能会产生反转，总之，每种初始位置的估计方法都有其优点也有缺点，因此需要克服现有技术的缺陷，解决精确估算转子初始位置角以及判断初始启动相的问题，以提高无位置传感器开关磁组电机系统的运行稳定性。
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初始位置估计方法，在电感曲线相交的附近区域，电感值近乎相等，其脉冲电流峰值相差细微，所以该区域通过脉冲电流峰值比较估计电机初始位置精度较低。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法，包括如下步骤：步骤1，设定各相电流上升的变化量初始值ΔI，并按平均分区法对相电感曲线的电周期进行分区，使每个分区内的相电感曲线为单调函数；步骤2，在t0时刻同时向电机各相绕组上的开关管发送开通信号导通相绕组，使相电流i由起始的i0开始上升；步骤3，实时检测各相的相电流i的大小，再计算相电流的变化量|i-i0|，并判断当前的变化量|i-i0|与相电流上升的变化量初始值ΔI的大小，当两个值相等时记下当前时刻t1；步骤4，计算各相的相电流i上升ΔI的时间变化量ΔT＝|t1-t0|，设定各相的时间变化量ΔT分别为ΔTA、ΔTB和ΔTC；步骤5，比较各相的相电流i上升的时间变化量ΔT的大小，利用各相的时间变化量ΔT的大小与各相电感的对应关系来确定电机转子所在的分区，再根据确定的分区选择电感曲线单调上升的相为电机的初始起动相。采用时间阀值比较来估计转子初始位置信号，与现有注入高频脉冲开关磁阻电机初始位置估计技术相比，在电感曲线相交附近区域里，电感值近乎相等，其脉冲电流峰值相差细微，所以脉冲电流峰值相差无几，用脉冲电流峰值比较估计开关磁阻电机初始位置精度会很低，而在该区域，利用本专利技术方法，相电流上升时间的变化量相差很大，所以通过比较时间变化量来估计电机的初始位置，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初始位置的估计，通用性强。作为本专利技术的进一步限定方案，步骤1中的平均分区法将各相电感曲线的电周期平均分为I区、II区、III区、IV区、V区和VI区这六个分区。采用将相电感曲线的电周期平均分为六个分区，是根据电感的电周期的特性进行划分，有效确保在各个分区内的相电感曲线为单调函数。作为本专利技术的进一步限定方案，步骤5中，利用各相的时间变化量ΔT的大小与各相电感的对应关系来确定电机转子所在的分区，再根据确定的分区选择电感曲线单调上升的相为电机的初始起动相，具体对应关系为：上表中，LA、LB和LC分别为A、B和C三相对应的电感值，θA表示A相转子位置角度。采用该表格对应关系能够方便快捷地进行电机的初始起动相判断，不仅效率高，而且准确率也比较高。本专利技术的有益效果在于：(1)采用时间阀值相比较来估计转子初始位置信号，与现有注入高频脉冲开关磁阻电机初始位置估计技术相比，在电感曲线相交附近区域里，电感值近乎相等，其脉冲电流峰值相差细微，所以脉冲电流峰值相差无几，用脉冲电流峰值比较估计开关磁阻电机初始位置精度会很低，而在该区域，利用本专利技术方法，相电流上升时间的变化量相差很大，所以通过比较时间变化量来估计电机的初始位置，具有较好为准确的位置估计精度；(2)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初始位置估计，通用性强。附图说明图1为本专利技术的初始位置估计方法流程图；图2为本专利技术的开关磁阻电机电感曲线与相电流上升的变化量示意图；图3为本专利技术的电感曲线的平均分区示意图；图4为本专利技术的第III分区里三相相电流上升的时间变化量大小关系示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法，包括如下步骤：步骤1，设定各相电流上升的变化量初始值ΔI，此值为定值，保证各相电流上升的变化量都相等，并按平均分区法对相电感曲线的电周期进行分区，使每个分区内的相电感曲线为单调函数；步骤2，在t0时刻同时向电机各相绕组上的开关管发送开通信号导通相绕组，使相电流i由起始的i0开始上升，起始的i0大小为零；步骤3，利用信号采集单元实时检测各相的相电流i的大小，再由微处理器计算计算相电流的变化量|i-i0|，并判断当前的变化量|i-i0|与相电流上升的变化量初始值ΔI的大小(各相电流的变化量初始值都为ΔI)，当两个值相等时由微处理器记下当前时刻t1；步骤4，计算各相的相电流i上升ΔI的时间变化量ΔT＝|t1-t0|，设定各相(三相开关磁阻电机各相为A相、B相和C相)的时间变化量ΔT分别为ΔTA、ΔTB和ΔTC；步骤5，由于平均分区后的每个分区电感为单调函数，所以在分区里各相在相同的相电流上升的变化量下，因为各相的电感不同，对应的相电流上升的时间变化量(ΔTA、ΔTB和ΔTC)是不相等的，于是比较各相的相电流i上升的时间变化量ΔT的大小，利用各相的时间变化量ΔT的大小与各相电感的对应关系来确定电机转子所在的分区，再根据确定的分区选择电感曲线单调上升的相为电机的初始起动相。采用时间阀值比较来估计转子初始位置信号，与现有注入高频脉冲开关磁阻电机初始位置估计技术相比，在电感曲线相交附近区域里，电感值近乎相等，其脉冲电流峰值相差细微，所以脉冲电流峰值相差无几，用脉冲电流峰值比较估计开关磁阻电机初始位置精度会很低，而在该区域，利用本专利技术方法，相电流上升时间的变化量相差很大，所以通过比较时间变化量来估计电机的初始位置，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初始位置的估计，通用性强。下面结合附图对本专利技术的原理进行介绍(以三相开关磁阻电机为对象)：如图2所示，设定相电流变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设定各相电流上升的变化量初始值ΔI，并按平均分区法对相电感曲线的电周期进行分区，使每个分区内的相电感曲线为单调函数；步骤2，在t0时刻同时向电机各相绕组上的开关管发送开通信号导通相绕组，使相电流i由起始的i0开始上升；步骤3，实时检测各相的相电流i的大小，再计算相电流的变化量|i‑i0|，并判断当前的变化量|i‑i0|与相电流上升的变化量初始值ΔI的大小，当两个值相等时记下当前时刻t1；步骤4，计算各相的相电流i上升ΔI的时间变化量ΔT＝|t1‑t0|，设定各相的时间变化量ΔT分别为ΔTA、ΔTB和ΔTC；步骤5，比较各相的相电流i上升的时间变化量ΔT的大小，利用各相的时间变化量ΔT的大小与各相电感的对应关系来确定电机转子所在的分区，再根据确定的分区选择电感曲线单调上升的相为电机的初始起动相。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设定各相电流上升的变化量初始值ΔI，并按平均分区法对相电感曲线的电周期进行分区，使每个分区内的相电感曲线为单调函数；步骤2，在t0时刻同时向电机各相绕组上的开关管发送开通信号导通相绕组，使相电流i由起始的i0开始上升；步骤3，实时检测各相的相电流i的大小，再计算相电流的变化量|i-i0|，并判断当前的变化量|i-i0|与相电流上升的变化量初始值ΔI的大小，当两个值相等时记下当前时刻t1；步骤4，计算各相的相电流i上升ΔI的时间变化量ΔT＝|t1-t0|，设定各相的时间变化量ΔT分别为ΔTA、ΔTB和ΔTC；步骤5，比较各相的相电流i上升的时间变化量ΔT的大小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，俞跃，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32