一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法技术

本发明专利技术公布了一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法，属开关磁阻电机控制技术领域。本发明专利技术是基于开关磁阻电机的电感随转子位置周期性变化的基本特点，相电感在定转子对齐位置达到最大，因此相电感斜率在电感最大位置由正变负，因而存在斜率过零点。本发明专利技术通过实时采样各相电流、相电压，从而可以实时检测各相电感值，同时可以计算出电感斜率，将计算的电感斜率经过零比较，可以得到斜率过零点脉冲信号，从而检测出过零位置，而过零位置即为定转子齿极对齐位置。而相邻两个最大电感位置相位差４５度，因此两个斜率过零点位置相差１／８周期，从而根据过零脉冲信号可以计算出电机实时转速和转子位置信息。该算法不依赖于电机本体参数，也无须测量静态磁链等电机特性，算法简单且易于实现，因此相对于传统无位置策略具有更强的通用性。

【技术实现步骤摘要】

专利技术涉及一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法，属于开关磁阻电机控制

技术介绍
开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)作为一种新型的调速系统，不但兼具交、直流调速的基本优点，而且具备独特的高速性能以及容错能力。这使得它在航空航天以及各种民用制造业的交、直流传动领域得到了广泛的关注，无疑具有很好的应用前景和市场价值。对于开关磁阻电机系统，实时而准确的转子位置信息是其可靠运行和高性能控制的前提。在目前实际应用中，一般采用轴位置传感器或其他探测式位置检测器来获取位置信息，这不仅增加了系统成本和复杂度，同时降低了整个系统运行的可靠性，尤其在一些高温、高速以及油污环境等苛刻运行条件下的应用，如航空高速起动/发电机、燃油泵电机、压缩机等，传统位置传感器的工作受到限制，从而大大限制了该型电机应用的范围，使得其耐高温、适合高速、强容错等固有性能不能得到充分体现。因此，如何取代位置传感器，克服采用位置传感器带来的不足，探索实用的无位置传感器技术具有十分重要的研究价值。传统的应用于中高速的无位置传感器方法主要基于电机的磁链或电感特性曲线，根据磁链或电感与转子位置角的非线性关系，通过查表或非线性观测模型的方法获取转子位置信息，或者直接利用磁链或电感阀值的方法直接得到换相信号，从而取代位置传感器。虽然这些方法都是非常经典而有效的方法，但是它们都有一个共同的缺点，即它们都非常依赖于电机本体的相关电磁特性参数，并且对电机的电气对称性要求非常高，角度估计的误差源多。在采用这些方法之前，首先必须对电机进行电感，磁链等电磁特性的测量，而这些参数的测量本身就是很复杂而烦琐，并且精度有限；另外，即使是对同一型号的电机，在控制时软件参数都需要做相应的修改。这些问题必然导致算法的可移植性差，直接影响到无位置技术的通用性。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：克服传统的基于磁链或电感的相关无位置算法准备工作复杂，算法误差源多，可移植性差等问题，得到一种简单且易于实现的，通用性强的无位置传感器位置估计策略。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术为一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法，基于开关磁阻电机的电感随转子位置周期性变化的基本特点，相电感在定转子对齐位置达到最大，因此相电感斜率在电感最大位置由正变负，因而存在斜率过零点。因此通过以下步骤即可实现转速估计和转子位置的估计。1)实时检测各相电流和端电压；-->2)DSP采样各相电流和端电压，通过数字积分计算各相磁链；3)将相磁链除以电流得到实时的相电感；4)在DSP中计算一个中断周期的电感差值；5)比较各相电感大小，选择电感最大相作为估计相；6)在步骤5)所选估计相区域将上述步骤4)中所计算电感差值与零比较，若大于0则为高电平，若小于等于0则为低电平；从而得到过零点的脉冲信号，过零点位置即定转子对齐位置；7)步骤6)中相邻的两个过零脉冲下降沿之间相差45度，即1/8周期，从而可以估算出转速和转子位置信息。该算法不依赖于电机本体参数，也无须测量静态磁链等电机特性，算法简单且易于实现，因此相对于传统无位置策略具有更强的通用性。附图说明图1为开关磁阻电机调速系统框图；图2为12/8结构样机的三相电感与转子位置的关系；图3为样机一相电感特性曲线；图4为电感特性三维关系图；图5为本专利技术原理示意图(A相为例)；图6为过零检测脉冲信号与位置角度关系图；图7为电流进入饱和电流区后，电感曲线和斜率曲线关系示意图；图8为电机运行时电感实时计算方法流程框图；图9为本专利技术一种开通角为0度的开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法原理图；图10本专利技术一种适合开通/关断角可调的无位置传感器转子位置估计方法。具体实施方式本专利技术利用电感与转子位置的关系，通过检测每个周期最大电感位置点的方法来估计转速和转子位置信息。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。本专利技术中的电感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)来检测。图2为12/8结构样机的三相电感与转子位置的关系。由图所示，电感曲线以45度为周期，其中各相电感相差15度。设0度角为A相定子齿中心线与转子槽中心线对齐位置，22.5度为定转子齿极中心线对齐位置。图3(A)为以样机一相电感特性曲线。电感特性曲线表征了相电感与转子位置角及相电流三者之间的非线性关系，该图表示了相同电流下，不同转子位置的相电感曲线族。-->由图可知，相电感随电流的增大而减小，当电流达到一定值时，电感将出现饱和，此时电感曲线顶部出现平顶。其三维关系可由式(1)表示，三维关系图如图4所示。图3(B)为相同电流下的相电感斜率曲线。L＝L(θ，i)(1)图5为以A相为例说明本专利技术原理示意图。如图所示，相电感曲线，相电感斜率曲线，以及斜率过零点脉冲信号。脉冲信号下降沿位置即电感最大位置。相邻的两个下降沿之间为45度，即1/8个机械周期。过零检测脉冲信号与位置角度关系图如图6所示。图7(A)为电流进入饱和电流区后，电感曲线和斜率曲线关系示意图。图7(B)为电感斜率在电感最大位置附近过零点示意图，由该图可知，当电流达到饱和后，由于电感饱和，在电感顶部出现平顶，电感斜率可能出现多个零点，造成位置估计失误。但是由于电机实际运行过程中，由于要使进入电感下降区的续流区电流尽量小，以减小产生的负转矩，所以必须在电感22.5度之前关断，从而使得22.5度附近位置电流远小于饱和电流，在实际电机运行时，电感斜率负向过零点只有一个，即对应22.5度位置，因此本专利技术方法完全适合开关磁阻电机运行的位置检测和速度估计。图8为电机运行时电感实时计算方法流程框图。相电流和相绕组电压由电压、电流传感器(LEM)来检测得到，经调理后，在DSP中启动A/D采样程序，采样绕组端电压和相电流。根据积分式子计算磁链大小。其中一相绕组的磁链表达式为：ψk(t)=∫0t(vk(t)-Rkik(t))dt+ψk(0)---(2)]]>其中ψk为第k相绕组磁链，vk为第k相绕组端电压，R为第k相绕组等效电阻，ik第k相绕组电流。应用数值积分法，可以将上式离散化为：ψk(n)=Σn=1N[vk(n)-Rkik(n)]T+ψk(0)---(3)]]>其中T为采样周期，N为测量的点个数，n为第n测量点。根据电感与磁链之间的关系式可以求出电感值。ψ(θ，i)＝L(θ，i)i    (4)L(θ,i)=ψ(θ,i)i---(5)]]>这种方法由于引入了积分运算，相电压、相电流检测误差，以及绕组等效电阻的变化，都会影响计算的精度，这种方法比较适合电机转速较高时的磁链估计。图9为本专利技术一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法原理图，电机开通角为0度。设0度角为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法，其特征在于包括如下步骤：１）实时检测各相电流和端电压；２）ＤＳＰ采样各相电流和端电压，通过数字积分计算各相磁链；３）将相磁链除以电流得到实时的相电感；４）在ＤＳＰ中计算一个中断周期的电感差值；５）比较各相电感大小，选择电感最大相作为估计相；６）在步骤５）所选估计相区域将上述步骤４）中所计算电感差值与零比较，若大于０则为高电平，若小于等于０则为低电平；从而得到过零点的脉冲信号，过零点位置即定转子对齐位置；７）步骤６）中相邻的两个过零脉冲下降沿之间相差４５度，即１／８周期，从而可以估算出转速和转子位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法，其特征在于包括如下步骤：1)实时检测各相电流和端电压；2)DSP采样各相电流和端电压，通过数字积分计算各相磁链；3)将相磁链除以电流得到实时的相电感；4)在DSP中计算一个中断周期的电感差值；5)比较各相电感大小，选择电感最大相作...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，邓智泉，周竟成，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84