一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。对于三相N

【技术实现步骤摘要】
一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)结构简单、调速性能好、容错能力高，在家用洗衣机、航空航天、机械纺织等方面应用广泛。开关磁阻电机的可靠运行与高性能控制需要获取准确的转子位置信息。目前一般采用机械位置传感器如光电式、电磁式、霍尔传感器来检测转子位置、转速信息。这在一定程度上增加了整个电机控制系统的体积和成本，且在高温、粉尘、潮湿等极端恶劣的环境下，位置传感器容易发生故障。因此，无位置传感器技术具有重要的研究价值。
[0003]近20年来，无位置传感器技术的发展日益成熟。基于开关磁阻电机的磁链、电流、电感与转子位置角θ之间的映射关系，大量的无位置传感器控制方案被提出。其中，基于电感交点的特殊位置检测方法逻辑简单、计算量小、无需额外的硬件及存储空间，但实用价值不高。主要原因是受磁路饱和的影响，三相电感的交点会发生偏移，进而导致转子位置和转速估算误差增大。交点偏移问题严重限制了该方案的推广。如何对偏移点进行精确的补偿是解决该问题的关键。现有的解决方案大多基于复杂的离线检测与函数拟合来计算、补偿各交点的偏移误差，不但难以实施，而且无法降低磁路饱和对转速估算的影响。

技术实现思路

[0004]针对现有方案所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，以降低磁路饱和对转子位置和转速估算的影响，确保开关磁阻电机的准确换相与稳定运行。
[0005]一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，包括如下步骤：
[0006](1)设开通角至关断角区间为导通区间，绕组导通区间采取电压斩波控制模式，当绕组关断，退磁电流下降到一给定数值较小的阈值后采取电流斩波控制模式，将电流控制在一较小的上下限内；
[0007](2)采集开关磁阻电机的定子电流和端电压，计算相电感，当电流为0时，将电感设置为零，计算公式如下：
[0008][0009]式中，L为相电感；U为端电压；R为各相绕组阻值；i为相电流；t为时间；
[0010](3)对于三相N
s
/N
r
极开关磁阻电机，其三相电感曲线所在的一个机械周期内存在6个电感交点，磁路未饱和时，交点1～6所代表的特殊位置依次为 60
°
/N
r
，120
°
/N
r
，180
°
/N
r
，240
°
/N
r
，300
°
/N
r
，0
°
；
[0011](4)根据交点所对应的三相电感大小逻辑关系依次触发脉冲1～6作为特殊位置的检测信号，磁路未饱和时，基于上述脉冲信号获取准确的转子位置和转速信息；
[0012](5)磁路饱和时，三相电感交点发生偏移，靠近电感底部区域的交点1、3、 5角度偏差较小忽略不计；靠近电感顶部区域的交点2、4、6角度偏差较大需要进行补偿，基于相邻电感交点之间的角度间隔计算、补偿交点2、4、6的角度偏差；
[0013](6)基于脉冲信号1、3、5估算转速，基于计算出的交点2、4、6的角度偏值估算转子的位置。
[0014]在上述技术方案中，检测到交点1、3、5所对应的脉冲信号后，停止对前一相电流的斩波控制。具体分析如下：
[0015]非导通区间内，对电流进行斩波控制的最终目的是为了检测该区间的电感交点，当检测到交点1、3、5所对应的脉冲信号后，立即停止对前一相电流的斩波控制，使电流衰退至0，减少不必要的负转矩产生。
[0016]在上述技术方案中，所述的步骤(5)中基于相邻电感交点之间的角度间隔计算交点2、4、6的角度偏差并进行补偿的具体过程如下：
[0017]a分别以脉冲信号6、1的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点6、1之间的角度间隔l2；分别以脉冲信号1、 2的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点1、2之间的角度间隔m2；
[0018]b分别以脉冲信号2、3的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点2、3之间的角度间隔l4；分别以脉冲信号3、 4的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点3、4之间的角度间隔m4；
[0019]c分别以脉冲信号4、5的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点4、5之间的角度间隔l6；分别以脉冲信号5、 6的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点5、6之间的角度间隔m6；
[0020]d计算交点2、4、6的角度偏差θ
erri
＝(m
i
‑
l
i
)/2,i＝2,4,6；
[0021]e检测到脉冲信号2、4、6的上升沿时刻，分别对交点2、4、6的角度偏差进行补偿。
[0022]在上述技术方案中，所述的步骤(6)中基于脉冲信号1、3、5估算转速，具体过程如下：
[0023]a分别以相邻选定脉冲信号的上升沿时刻为积分下限和积分上限对“1”积分，计算时间间隔Δt
i
；
[0024]b估算转速，转速估算公式如下：Δθ
i
为交点1、3、5之间的角度间隔,Δθ
i
＝120
°
/N
r
，Δt
i
为脉冲信号1、3、5之间的时间间隔。
[0025]在上述技术方案中，所述的步骤(6)中，转子位置估算公式如下：
[0026][0027]θ
est
为估算的转子位置角；θ
err2
、θ
err4
、θ
err6
分别为交点2、4、6的角度偏差， t1～t6分别为脉冲信号1～6对应的时刻；t为任意时刻。
[0028]实际应用中，为了输出较高的转矩，开关磁阻电机通常工作在磁路饱和的状态。这会导致电感曲线的交点发生不同程度的偏移。靠近电感底部的交点角度偏差较小可忽略不计，靠近电感顶部的交点角度偏差较大需要进行补偿。针对该问题，本专利技术专利基于相邻电感交点之间的角度间隔，计算、补偿转子位置估算误差，并由靠近电感底部的交点完成转速估算。电机是大惯性负载，该方法在保证估算转速准确的同时，为无位置检测提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电感交点位置估算误差自补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设开通角至关断角区间为导通区间，绕组导通区间采取电压斩波控制模式，当绕组关断，退磁电流下降到一给定数值较小的阈值后采取电流斩波控制模式，将电流控制在一较小的上下限内；(2)采集开关磁阻电机的定子电流和端电压，计算相电感，当电流为0时，将电感设置为零，计算公式如下：式中，L为相电感；U为端电压；R为各相绕组阻值；i为相电流；t为时间；(3)对于三相N
s
/N
r
极开关磁阻电机，其三相电感曲线所在的一个机械周期内存在6个电感交点，磁路未饱和时，交点1～6所代表的特殊位置依次为60
°
/N
r
，120
°
/N
r
，180
°
/N
r
，240
°
/N
r
，300
°
/N
r
，0
°
；(4)根据交点所对应的三相电感大小逻辑关系依次触发脉冲1～6作为特殊位置的检测信号，磁路未饱和时，基于上述脉冲信号获取准确的转子位置和转速信息；(5)磁路饱和时，三相电感交点发生偏移，靠近电感底部区域的交点1、3、5角度偏差较小忽略不计；靠近电感顶部区域的交点2、4、6角度偏差较大需要进行补偿，基于相邻电感交点之间的角度间隔计算交点2、4、6的角度偏差并进行补偿；(6)基于脉冲信号1、3、5估算转速；基于计算出的交点2、4、6的角度偏值估算转子的位置。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：当检测到交点1、3、5所对应的脉冲信号后，立即停止对前一相电流的斩波控制，使电流衰退至0，减少不必要的负转矩产生。3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述的步骤(5)中计算交点2、4、6的角度偏差并进行补偿的步骤如下：a分别以脉冲信号6、1的上升沿时刻为积分下限和积分上限对估算角速度积分，积分结果乘180
°
/π记为交点6、1之间的角度间隔l2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆国，兰天泽，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：