[发明专利]一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

发明涉及一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法，属于开关磁阻电机控制技术领域。

技术背景

对于开关磁阻电机驱动系统而言，能够实时而准确的获得转子的位置信息是保证电机可靠运行和高性能控制的必要前提。目前普遍采用外装光电式或磁敏式等轴位置检测器。外加机械式位置传感器额外增加电机的体积，增加了电机加工的复杂性，大大降低了开关磁阻电机结构简单的优势，而且降低了电机工作时的可靠性，增加了成本。因此，探索实用的间接位置检测方案具有十分重要的研究价值。

迄今为止，各国学者对这一问题从多角度出发做了大量研究，提出了多种间接位置检测方案。大致可以分为以下5类。

1)电流波形检测法。英国学者Acamley等人提出的电流波形检测法，是最早的无位置检测技术，其基本思想是：SRM的转子位置决定了绕组的增量电感，而增量电感又决定了相电流的变化速率，因此根据相电流可以估算出转子位置信息。

2)电流-磁链法。该方法的基本思想是基于开关磁阻电机的凸极效应，不同的转子位置对应着不同的电流-磁链曲线，将电流、磁链、位置三者之间的关系建立一张查找表并将其存放在内存中，通过实时计算出绕组的磁链，与采样得到的绕组电流就可以得到相应的转子位置信息。随着智能控制的发展，越来越多的学者将模糊控制和神经网络的方法应用于检测转子位置的信息，通过模糊控制和神经网络的方法可以拟合出电流、磁链、位置之间的关系，然后通过实时计算得到的磁链以及采样得到的电流值得到转子实际的位置信息。

3)信号激励与调制法。该方法是通过对空闲相进行信号激励或调制的方法获取位置信息，在电机的空闲相注入高频脉冲，其输出的电流波形反映了绕组的瞬时电感的信息，从而就可以得到转子的位置信息。

4)附加电元件法。在SRM内部的适当位置附加某些电元件，利用这些电元件输出的信息来检测转子的位置，所附加的电元件可以是电感线圈、电容板极等，称其为附加线圈检测法、附加电容检测法等。

5)观测器法的基本思想是根据电机的电磁特性和机械特性建立电机的状态方程，选择适当的状态变量(如转速、位置角、磁链等)，以及输入变量(电压)和输出变量(电流)，建立起由电机本体参数所决定的状态观测器，通过检测电机相电压和相电流即可估计出转子的位置角。

以上这些方案各有优缺点和适用范围。其中，信号激励与调制法主要适用于低速启动的情况，电流波形检测法和附加电元件法适用于中低速的运行情况，而电流-磁链法和观测器法主要适用于高速的情况。

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；或者通过简化磁链法建立关断位置的磁链阀值，通过与阀值比较的方法得到驱动信号。其中查表，非线性模型以及智能控制的方法目的是得到连续的转子位置信号，但是如果要保证估计的精度，控制算法则相对复杂，占用较多的软硬件资源。简化磁链法的目的是直接得到电机各相的驱动信号，该算法虽然控制简单，但其只考虑采用关断位置磁链阀值，电机只能运行在轮流导通模式，因此具有很大的局限性。

发明内容

本发明要解决的问题是：

提出一种不需要直接估计连续位置信号，而只需实时估计各相驱动信号的无位置传感器方法，克服传统无位置传感器方法算法复杂，软硬件资源占用率高，以及工作区域受限等问题。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

1.)有限元计算或实验测量开关磁阻电机电感特性数据；

2.)利用步骤1.)提供的电感特性数据，建立电感的非线性模型；

3.)实时检测开关磁阻电机各相电流和端电压，DSP采样开关磁阻电机各相电流和端电压，通过数字积分计算开关磁阻电机各相磁链；

4.)将相磁链除以相电流得到实时的相电感；

5.)当前导通相即为估计相，在估计相中按步骤4.)计算的相电感值，同时将开通/关断角代入由步骤2.)得到的数学模型中计算电感动态阀值；

6.)将步骤5.)中估计相中电感计算值分别与下一导通相的开通角位置和当前导通相的关断角位置两个位置的电感阀制比较，如果电感计算值大于下一相开通角位置电感阀值，则此时按开通相序开通下一相，如果电感计算值大于关断角位置电感阀值，则关断当前导通相；

根据以上步骤可以得到电机各相的驱动信号，从而实现电机无位置传感器控制。