本发明专利技术公布了一种适合高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，属开关磁阻电机控制技术领域。本发明专利技术根据开关磁阻电机控制的特点，转子位置检测可以简化为换相位置的检测。通过建立关于换相位置的磁链（参考磁链）与定、转子对齐位置磁链的非线性关系的模糊模型，只要存储定、转子对齐位置的磁链－电流特性曲线，就可得到任意给定的经综合考虑转矩、输出效率而选择的合理换相位置θ↓［ｈ］处的参考磁链。将实时检测的磁链与优化的参考磁链进行比较，就可以得到相应的换相信号。本发明专利技术不但具备简化磁链法的所需内存小、算法简单快速、无需附加硬件等优点，而且可以根据电机运行特性优化选择合理的换相位置，非常适合高速运行时的位置检测。
【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及，属于开 关磁阻电机控制
技术介绍
开关磁阻电机(SRM)结构简单坚固，具有成本低，工作可靠，控制灵活， 运行效率高，容错能力强等特点，在某些特殊应用领域具有独特的应用优势。 在民用、工业应用和航空航天等军事应用场合，已逐步得到广泛关注，应用前 景光明。位置检测环节是开关磁阻电机调速系统(SRD)的重要组成部分之一。传 统的位置检测方法是通过安装位置传感器，主要利用光电、电磁、磁敏等原 理来获取转子位置信息。位置传感器的存在，增加了系统的复杂性，安装和调 试方案复杂，削弱了电机结构简单的优势，可靠性降低，同时增加了系统成 本。另外，由于传感器易受环境因素的影响，稳定性不高，在高温高速等苛刻 工作环境下，位置传感器无法正常工作，从而严重限制了 SRM的应用范围。因 此，采用无位置传感器技术对P争低系统成本、提高系统可靠性具有重要的意 义。SRM无位置传感器技术已经成为国际上SRM研究领域的热点。各国学 者提出了多种无位置方案。目前已提出的开关磁阻电机无位置或间接位置检 测方案的主要思想都是基于SRM的机械时间常数O,)远大于电时间常数 (U》的特点，SR电机内部的磁场状态是关于其转子相对位置的函数。通过 求解相电压方程，就能获得以磁链、电感、反电势等形式隐藏起来的编码的 转子位置信息。典型无位置技术方案有基于磁链法、简化磁链法、电流波形 监测法、互感电压法、磁链/电流法和观测器法，以及基于电感模型、探测线 圏技术和基于模糊神经网络控制的方案等。其中传统的磁链法和简化磁链法原理最为简单，且4支易于实现。传统的 磁链法需要建立并存储一个三维表，数据获取的工作量大,且占内存大，计算 时间长。简化磁链法为克服传统磁链法的缺点，提高算法的实用性，进行了相 应的简化。转子位置检测简化为换相位置检测，只需要将实时估计磁链与换 相位置的参考i兹链进行比较，就可以得到相应的换相信号。由于换相位置一 般靠近定转子对齐位置，因此换相位置的》兹链-电流特性曲线与对齐位置的 磁链-电流特性曲线接近且形状类似。只需要测试并存储对齐位置的磁链-电 流曲线，与一个小于1的系数〖相乘就可以得到参考^兹链特性曲线。该算法 只需要测量并存储一条磁链特性曲线，然后查寻二维表，故其储量小，算法简 单，且无需附加硬件。但是该算法的缺点是其只能对固定换相位置进行检测，而不能根据电机运行特性优化选择合理换相位置，不适合SRM高速运行时 角度位置控制，因此不利于电机的优化控制，限制了其适用范围。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是克服简化磁链法不能根据电机运行特性优化选 择最佳换相位置而不适合电机高速运行角度位置控制方式的缺点，拓宽简化 磁链法的适用范围，得到 一种适合电机高速领域的无位置传感器技术。即通 过改变简化^兹链法中的f直选取的策略，实现换相位置可调的无位置传感器 控制策略，使得电机高速运行角度位置控制模式下仍能够精确的检测换相位 置。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案 其特征在于所述控制方法包含以下步骤1) 利用控制系统分别检测SRM定、转子对齐位置以及给定的样本换相位 置处的磁链-电流特性;同时计算在相同电流下换相位置磁链与定、转子对齐 位置》兹链^。的比值为《，并存储对齐位置的磁链-电流特性；2) 利用模糊算法建立关于《值与换相位置角以及相电流之间的非线性模 糊控制器，其输入分别为换相位置角和相电流，输出为《值；3) 结合开关磁阻电机转矩和输出效率，利用数字仿真得到合理的换相位 置作为位置检测的参考位置；4) 将电流检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电流和步骤3 所述的参考位置经过步骤2所述的模糊控制器得到优化的f直，将优化的《值 乘以步骤l所述的已存储的定、转子对齐位置磁链^得到实时的参考位置磁链('5) 采用电压检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电压和步 骤4所述的实时相电流经控制系统计算得到实时i兹链w,:当实时i兹链^小于参考^兹《连^ ，则返回步骤4;当实时石兹链w,大于或等于参4^兹链^,则经控制系统关断当前相，开通 下一相，同时下一相作为检测相。根据以上算法得到的SRM各相换相信号脉 冲数可以计算出电机当前转速"。本专利技术不但具备简化磁链法的所需内存小、算法简单快速、无需附加硬 件等优点，而且可以根据电机运行特性优化选4奪合理换相位置，非常适合高 速运4于时的4立置4企测。附图说明图1为传统的位置传感器安装示意图。P、 Q、 R为三个位置传感器，安装的位置相差120。机械角度。图2为开关磁阻电机调速系统框图。 图3为开关磁阻电枳J兹链计算流程图。图4为一 12/8结构开关石兹阻电机样机K值与换相位置和电流关系曲线。图5为样机尺值与电流关系曲线。图6为样机《值与换相位置角关系曲线。图7为〖值样本的获取过程框图。其中Wa为定转子对齐位置的磁链,^为换相位置磁链值。 图8为本专利技术无位置传感器算法框图。其中^为实时磁《连，y。为定转子对齐位置的^兹4连,^为换相位置》兹链值。 图9为模糊控制器框图。具体实施例方式本专利技术通过改变传统的简化磁链法中的《值选取策略，可以实现开关磁 阻电机换相位置可调的无位置传感器控制，从而使得电机高速时角度位置控 制才莫式下仍能够精确的4全测到换相位置。下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明图1为传统的位置传感器安装示意图。位置传感器通常和电机是一体的， 主要功能是提供转子相对于定子位置信息，这些信息是电机数字控制的基础， 经过控制器综合各种控制策略后形成功率变换器的驱动信号，从而决定导通 相，并计算电机实时转速。位置检测器有电磁式、光电式、磁敏式等多种类 型，SR电机位置传感器一般要求定位精确、安装调节方便、工作可靠、抗干 扰能力强、能在恶劣环境下工作等，位置检测器的检测精度对SR电机调速系 统的效率等运行性能有着直接影响。在开关磁阻电机中最常见的是选择采用 光电式位置检测器。位置检测器的转盘与电机的转子同轴，以12/8结构电机 为例，转盘为8齿槽结构，齿槽等宽均为22.5度,三只光电传感器固定在电机 机壳上，它们之间相隔120度。这样当转子翼片进入检测点时，传感器光路被 阻断，光敏三极管截止，输出为高电平，当没有翼片通过检测点时，输出为低 电平，由此得到转子位置信号。将位置传感器信号经过整形电路处理，输出相 差15度的方波信号P、Q、R。可以通过DSP的捕获口三个引脚CAP1、CAP2、 CAP3分别来捕获这3路信号。位置传感器的存在,增加了系统的复杂性，安 装和调试方案复杂，削弱了电机结构简单的优势,可靠性P条低，同时增加了系统成本。因此需要研究高性能的无位置传感器技术。图2为开关磁阻电机调速系统框图。开关磁阻电机调速系统主要由开关 磁阻电机(SRM)、功率变换器、控制系统(DSP+CPLD)、位置传感器以及电 压电流检测和保护电路等组成。其中控制器是系统的核心,对检测信号进行采 集、计算和处理,完成相关的控制算法，从而输出相应的控制信号。本专利技术中的磁链计算和无位置传感器技术的算法均由控制器来完成,无需添加额外硬件。相电流和相绕组电压由电压、电流传感器(LEM)来^r测。位置信号可以 采用位置传感器来检测或无位置传感器技术。系统框图中的转矩测试仪可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适合高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于所述控制方法包含以下步骤： １）利用控制系统分别检测ＳＲＭ定、转子对齐位置以及给定的样本换相位置处的磁链－电流特性；同时计算在相同电流下换相位置磁链与定、转子对齐位置磁链ψ↓［ ａ］的比值为Ｋ，并存储对齐位置的磁链－电流特性； ２）利用模糊算法建立关于Ｋ值与换相位置角以及相电流之间的非线性模糊控制器，其输入分别为换相位置角和相电流，输出为Ｋ值； ３）结合开关磁阻电机转矩和输出效率，利用数字仿真得到合理的 换相位置作为位置检测的参考位置； ４）将电流检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电流和步骤３所述的参考位置经过步骤２所述的模糊控制器得到优化的Ｋ值，将优化的Ｋ值乘以步骤１所述的已存储的定、转子对齐位置磁链ψ↓［ａ］得到实时的参考 位置磁链ψ↓［ｈ］； ５）采用电压检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电压和步骤４所述的实时相电流经控制系统计算得到实时磁链ψ↓［ｉ］： 当实时磁链ψ↓［ｉ］小于参考磁链ψ↓［ｈ］，则返回步骤４； 当实时磁链ψ↓［ｉ ］大于或等于参考磁链ψ↓［ｈ］，则经控制系统关断当前相，开通下一相，同时下一相作为检测相。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，邓智泉，刘泽远，曹鑫，毛宇阳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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