[发明专利]一种用于航空起动发电系统的全速度无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空起动发电机无位置传感器控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

在航空机电系统中，采用起动/发电一体化技术不仅能够有效减小飞机重量、提高功率密度、提高可靠性，还有利于将发电机与发动机集成，改善发动机的喘振裕度和减少燃油消耗等，具有明显的优点。然而起动发电机需要完成从静止起动到高速运行至发动机点火的整个过程，为保证系统可靠运行，实现电机的高性能控制，位置传感器必不可少。常用的位置传感器有电磁式位置传感器(如开口变压器、铁磁谐振电路、接近开关等)、光电式位置传感器(如遮光板)、磁敏式位置传感器(如霍尔位置传感器)等。机械式传感器的引入限制了起动发电机的应用范围，尤其是在易受电磁干扰、工作环境恶劣的飞机发动机起动发电系统中，更需要解决位置传感器局限性的问题。因此，研究无位置传感器技术对于充分发挥起动发电机在特殊环境下的运行能力具有重要的意义。

在现有的起动发电机无位置方法中，注入脉冲法在初始位置检测中的应用最广泛，也最简便直接，本专利在静止位置检测上依旧使用脉冲注入法。在低速运行时，高频脉冲注入检测法、调制解调法、互感检测法、磁链/电流检测法、电流梯度检测法、电感模型拟合法、智能观测器法等方法是现有文献提出的用于起动发电机的无位置方法，它们都有各自的特点，但是现有的方法都存在着电磁特性检测易受干扰，易受励磁电流和负载变化的影响，同时在检测时若处理不当会造成电机失步。中、高速运行时，磁链/电流法、电感模型法、电流梯度法、神经网络法和观测器法等无位置传感器方法的研究较多。然而现有的方法都有各自的转速适用范围，没有一种方法可以完成低速到中、高速范围的无位置控制，它们需要低速到中、高速的算法切换。

有如下几种电机能够在飞机电源系统中用做起动/发电机，它们是：三级式电励磁同步电机、双凸极电机等。

三级式电励磁同步电机和电励磁双凸极电机等起动发电机在航空中应用时，起动时采用地面电源或蓄电池给起动发电机提供励磁电流，与起动发电机同轴运行的永磁电机不接入系统，且可处于空载发电状态，此时其反电势不受干扰，波形失真度小。待转速增加至发动机点火后，由发动机带动起动发电机发电运行，起动发电机的励磁电流由与其同轴相连的永磁电机发电整流后通过调压器提供。因此这一独特的运行原理和结构为三级式电励磁同步电机和电励磁双凸极电机等起动发电机电动运行时实现全速度范围无位置传感器技术提供了基础。因此本专利提出一种利用与起动发电机同轴旋转的永磁电机发电运行时的线电势过零点作为换相信号，确保电机全速度范围无位置传感器平稳运行。

发明内容

本发明在已经提出的一种基于换相点电流响应的电励磁双凸极电机起动加速无位置传感器方法基础上，利用三级式电励磁同步电机和电励磁双凸极电机等起动发电机电动运行时与其同轴运行的永磁电机不接入系统，可处于空载发电状态，起动发电机发电运行时才需要同轴运行的永磁电机发电后整流提供励磁电流的特点，结合起动发电机的驱动电路和电磁特性以及永磁电机发电运行时的电势特性，提出了一种新颖的用于航空起动发电系统的永磁电机和起动发电机同轴相连的全速度无位置传感器技术，该方法需要解决的问题是：克服了起动发电机低速运行时反电势无法检测，电流斩波检测易受干扰的弱点，克服了起动发电机高速运行时端电压易受干扰，检测复杂的缺点，避免了起动发电机全速度范围内运行时电磁特性易受励磁电流和负载变化干扰的问题，充分考虑了永磁电机发电运行的线电势变化规律以及与起动发电机换相点之间的关系，同时利用了永磁电机空载发电运行时不易受到干扰的优点，得到一种用于起动发电机运行的可靠且容易实现的无位置传感器控制策略，该方法为起动发电机在全速度条件下的无位置传感器平稳运行奠定了基础。

本发明为实现上述解决方案，采用如下技术策略：

1)首先计算确定永磁电机和起动发电机的定转子极数，再通过仿真确定永磁电机定转子位置变化与各相线电势之间的关系，同时确定起动发电机的0°机械角度位置以及0°机械角度位置的参考相定转子位置，根据已有的永磁电机定转子位置变化与各相线电势之间的关系确定同轴相连的永磁电机和起动发电机定转子位置的关系，并确定永磁电机的参考检测相；

2)通过注入脉冲法确定静止时起动发电机转子位置区域，即高频开关不同组合的起动发电机驱动电路开关，在高频开关时采样直流母线上的电流，比较电流响应的幅值，确定初始位置转子所在的区域范围，然后确定初始导通开关管组合及初始开通时间，给定开通信号，电机开始旋转；