一种具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计方法技术

本发明专利技术提供了一种具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计方法，步骤包括：基准点的选择、基准点位置磁链的计算、开关磁阻电机位置估计以及缺相故障下的位置估计。该开关磁阻电机位置估计方法通过正常相的电磁信息加上时间延迟即可间接估计出转子的位置信号，具有很强的容错功能，采用的算法简单，不需要增加硬件便可以实现缺相故障下开关磁阻电机位置估计，且通用性强。

【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，尤其是一种具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计方法。
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、高容错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，基于磁链检测的开关磁阻电机估计位置方法得到国内外很多学者的研究。传统的磁链方法需要建立三维的磁链数据表，通过实时查表估计转子的位置，磁链数据表占用微处理器内存较大，并且查表时间长，降低了位置估计的精度，后来有学者在此基础上提出了简化磁链方法，该方法只需建立二维磁链数据表，但需要确定换相位置，通常是在电感最大位置乘上一个小于1的系数来确定，该方法优点是节省了内存，提高了位置估计的精度，缺点是换相位置难确定。在复杂恶劣的环境下，开关磁阻电机可能会发生缺相故障，此时简化磁链方法估计到的是混乱的位置信号，造成电机运行不平衡，甚至烧坏电机，所以研究具有高容错性、高可靠性的位置估计方法是当前开关磁阻电机无位置传感器技术发展的新方向。
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简化磁链方法的开关磁阻电机位置估计方法在电机发生缺相故障情况下，该位置估计方法失效。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计 方法，包括如下步骤：步骤1，基准点的选择，开关磁阻电机电感曲线周期性变化，每两相电感曲线的交点对应转子位置信号的边沿变化点，选择一个边沿变化点作为基准点。步骤2，基准点位置磁链的计算，将开关磁阻电机一相转子固定在基准点位置，加载不同的母线电压以计算出一组基准点位置的离散磁链值，并以数据表的形式进行存储；步骤3，开关磁阻电机位置估计，实时检测母线电压和相电流值，根据电机的工作状态进行位置估计，若开关磁阻电机出现缺相故障，则进入步骤4，若开关磁阻电机运行正常，则动态计算瞬时磁链值，通过查数据表与基准点位置的离散磁链值进行比较，若相等，则此时转子到达基准点位置，再通过实时的角度延迟分别得到各相转子位置信息的上升沿和下降沿；步骤4，缺相故障下的位置估计，故障相的转子位置信息通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟估计得到。现有简化磁链方法的开关磁阻电机位置估计技术不具有容错功能，在复杂恶劣的环境下，电机可能会发生缺相故障，由于简化磁链位置估计方法，只要发生缺相，位置估计信号会发生混乱，从而导致电机调速失败，而本专利技术的开关磁阻电机位置估计方法，可以通过正常相的电磁信息加上时间延迟即可间接估计出转子的位置信号，具有很强的容错功能；故障相的转子位置信息是通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟估计得到的，不会产生位置估计信息混乱的现象；采用的算法简单，不需要增加硬件便可以实现缺相故障下开关磁阻电机位置估计，且通用性强。作为本专利技术的进一步限定方案，步骤4中，故障相包括缺一相故障和缺两相故障，若开关磁阻电机为缺一相故障，则进入步骤5，若开关磁阻电机为缺两相故障，则进入步骤6；步骤5，缺一相故障容错控制，通过与故障相相邻的正常相的基准点位置判断以及角度延迟对故障相的转子位置信息进行估计，得到故障相转子位置信息的上升沿和下降沿；步骤6，缺两相故障容错控制，通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟对两个故障相的转子位置信息进行估计，分别得到两个故障相转子位置信息的上升沿和下降沿。通过母线电压和相电流的实时检测，从而确认缺相数量以及相号，再根据缺一相故障容错控制或缺两相故障容错控制针对性地进行缺相故障相的转子位置信息，确保缺相转子位置估计的准确性。作为本专利技术的进一步限定方案，开关磁阻电机为12/8结构三相开关磁阻电机，选择电感曲线在15°位置的交点为基准点，步骤5中，若A、B两相正常工作，C相缺相，则C相的转子位置信息的上升沿由B相的15°获得，C相的转子位置信息的下降沿由B相的15°延迟22.5°获得；步骤6中，若A相正常工作，B、C两相缺相，则B相的转子位置信息的上升沿由A相的15°获得，B相的转子位置信息的下降沿由A相的15°延迟22.5°获得，C相的转子位置信息的上升沿由A相的15°延迟15°获得，C相的转子位置信息的下降沿由A相的15°延迟37.5°获得。选取15°为基准点，因为当电机相电流较小时，电机处于非饱和阶段，此时在一较小的采样时间段Δt内，15°位置的磁链变化量明显大于7.5°位置的磁链变化量，采样点排列稀疏，有利于位置信号精度的提高。当电机相电流较大时，电机工作于饱和区，此时对比同样的采样时间段Δt，15°位置的磁链变化量和7.5°位置的磁链变化量基本相等，因此采用两个特征位置都没有太大的区别。所以在电机空载运行或者轻载运行时采用15°作为特征位置更有利于位置信号精度的提高。本专利技术的有益效果在于：(1)现有简化磁链方法的开关磁阻电机位置估计技术不具有容错功能，在复杂恶劣的环境下，电机可能会发生缺相故障，由于简化磁链位置估计方法，只要发生缺相，位置估计信号会发生混乱，从而导致电机调速失败，而本专利技术的开关磁阻电机位置估计方法，可以通过正常相的电磁信息加上时间延迟即可间接估计出转子的位置信号，具有很强的容错功能；(2)故障相的转子位置信息是通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟估计得到的，不会产生位置估计信息混乱的现象；(3)采用的算法简单，不需要增加硬件便可以实现缺相故障下开关磁阻电机位置估计，且通用性强。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2a为本专利技术的A相极对极非对齐位置示意图；图2b为本专利技术的A相极对极对齐位置示意图；图3为本专利技术的电感曲线与转子位置信号关系图；图4为本专利技术的两个基准点位置估计精度比较图；图5为本专利技术的开关磁阻电机无故障状态下位置估计算法结构图；图6为本专利技术的缺一相故障开关磁阻电机位置估计容错算法结构图；图7为本专利技术的缺二相故障开关磁阻电机位置估计容错算法结构图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的一种具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计方法，包括如下步骤：步骤1，基准点的选择，开关磁阻电机电感曲线周期性变化，每两相电感曲线的交点对应转子位置信号的边沿变化点，选择一个边沿变化点作为基准点。步骤2，基准点位置磁链的计算，用机械分度仪将开关磁阻电机一相转子固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有缺相容错功能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，基准点的选择，开关磁阻电机电感曲线周期性变化，每两相电感曲线的交点对应转子位置信号的边沿变化点，选择一个边沿变化点作为基准点。步骤2，基准点位置磁链的计算，将开关磁阻电机一相转子固定在基准点位置，加载不同的母线电压以计算出一组基准点位置的离散磁链值，并以数据表的形式进行存储；步骤3，开关磁阻电机位置估计，实时检测母线电压和相电流值，根据电机的工作状态进行位置估计，若开关磁阻电机出现缺相故障，则进入步骤4，若开关磁阻电机运行正常，则动态计算瞬时磁链值，通过查数据表与基准点位置的离散磁链值进行比较，若相等，则此时转子到达基准点位置，再通过实时的角度延迟分别得到各相转子位置信息的上升沿和下降沿；步骤4，缺相故障下的位置估计，故障相的转子位置信息通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟估计得到。

【技术特征摘要】
1.一种具有缺相容错功能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，基准点的选择，开关磁阻电机电感曲线周期性变化，每两相电感曲线的交点对应转子位置信号的边沿变化点，选择一个边沿变化点作为基准点。步骤2，基准点位置磁链的计算，将开关磁阻电机一相转子固定在基准点位置，加载不同的母线电压以计算出一组基准点位置的离散磁链值，并以数据表的形式进行存储；步骤3，开关磁阻电机位置估计，实时检测母线电压和相电流值，根据电机的工作状态进行位置估计，若开关磁阻电机出现缺相故障，则进入步骤4，若开关磁阻电机运行正常，则动态计算瞬时磁链值，通过查数据表与基准点位置的离散磁链值进行比较，若相等，则此时转子到达基准点位置，再通过实时的角度延迟分别得到各相转子位置信息的上升沿和下降沿；步骤4，缺相故障下的位置估计，故障相的转子位置信息通过正常相的基准点位置判断以及角度延迟估计得到。2.根据权利要求1所述的具有缺相容错功能的开关磁阻电机位置估计方法，其特征在于，步骤4中，故障相包括缺一相故障和缺两相故障，若开关磁阻电机为缺一相故障，则进...

【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