基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法及系统与流程

本发明涉及同步励磁开关磁阻电机领域，特别是涉及一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法及系统。

背景技术：

开关磁阻电机在启动和换相的过程中需要位置传感器来实时提供各个转子的位置角度，来判断定、转子的相对位置，从而确保电机能够正常的运行。位置检测模块是开关磁阻电机控制系统中的一个非常重要的组成部分。转子位置传感器的存在，在一定程度上由于降低了开关磁阻电机运行的可靠程度，从而很大程度上限制了该种电机应用的场合和范围。而且，位置传感器的存在还增加了电机驱动系统的复杂性以及电机的成本。因此，无位置控制已经应用在了传统励磁模式的开关磁阻电机中。

目前行业内没有将无位置控制策略应用在两相同步励磁开关磁阻电机中。

当电机在两相同步励磁模式下，磁场分布情况与单相励磁时相比有较大的变化，两相产生的磁场相互耦合和饱和效应，使得每相磁链大小、定转子轭部磁场饱和程度与单相励磁时有较大的差别，两相的互感曲线会与互相励磁时的自感曲线明显不同，两相间的互感也不是单相励磁状态下那样小，并且不能够被忽略。利用互感对传统励磁方式进行无位置控制的方法不能应用在新型两相同步励磁模式的开关磁阻电机中。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法及系统，无需增加位置传感器，利用互感特性即可实现对两相同步励磁开关磁阻电机的位置控制，降低了电机驱动系统的复杂性和电机的成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法，所述基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法包括：

获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；

确定第一时间，所述第一时间为所述互感-时间曲线的第一极值点所对应的时间；

确定第二时间，所述第二时间为所述互感-时间曲线的第二极值点所对应的时间；所述第二极值点与所述第一极值点为相邻的两个极值点；

根据所述第一时间与所述第二时间确定电机转子转速；

根据所述电机转子转速确定电机转子在任意时刻的位置。

可选的，所述根据所述第一时间与所述第二时间确定电机转子转速，具体包括：

根据所述第一时间与所述第二时间计算电机转子的时间周期；

根据所述时间周期计算电机转子转速。

可选的，所述根据所述第一时间与所述第二时间计算电机转子的时间周期的公式为：

δtm＝tn+1-tn(1)；

其中，δtm为电机转子的时间周期，tn为第一时间，tn+1为第二时间。

可选的，所述根据所述时间周期计算电机转子转速的公式为：

其中，nem为电机转子转速，δtm为电机转子的时间周期，θ'为电机转子一个时间周期转过的角度。

可选的，所述根据所述电机转子转速确定电机转子在任意时刻的位置的公式为：

θk＝mod{[θ0+mod(nem·δt,360)],360}(3)；

其中，θk为当前时刻转子位置，θ0为第一时间的转子位置，k为1、2、3…，mod为求余函数，nem为电机转子转速，δt为当前时刻与第一时间的时间差。

可选的，所述获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线，具体包括：

获取任意相邻两相绕组在两相同步励磁模式下的第一磁链；

获取所述两相绕组在单相励磁模式下的第二磁链；

根据所述第一磁链和所述第二磁链确定所述两相绕组的互感；

根据所述两相绕组在不同时刻的互感确定所述两相绕组的互感-时间曲线。

可选的，所述根据所述第一磁链和所述第二磁链确定所述两相绕组的互感的公式为：

其中，m为两相绕组的互感，ψ1为第一相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ2为第二相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ1single为第一相绕组在单相励磁模式下的磁链，ψ2single为第二相绕组在单相励磁模式下的磁链，i为第一相绕组的电流，第一相绕组的电流和第二相绕组的电流相同。

本发明还提供了一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统，所述基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统包括：

获取模块，用于获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；

第一确定模块，用于确定第一时间，所述第一时间为所述互感-时间曲线的第一极值点所对应的时间；

第二确定模块，用于确定第二时间，所述第二时间为所述互感-时间曲线的第二极值点所对应的时间；所述第二极值点与所述第一极值点为相邻的两个极值点；

转速确定模块，用于根据所述第一时间与所述第二时间确定电机转子转速；

位置确定模块，用于根据所述电机转子转速确定电机转子在任意时刻的位置。

可选的，所述电机转子转速确定模块，具体包括：

时间周期确定单元，用于根据所述第一时间与所述第二时间计算电机转子的时间周期；

转速确定单元，用于根据所述时间周期计算电机转子转速。

可选的，所述时间周期确定单元，用于根据公式δtm＝tn+1-tn计算电机转子的时间周期；其中，δtm为电机转子的时间周期，tn为第一时间，tn+1为第二时间。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法及系统，所述方法和系统通过获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；确定两个相邻的极值点的时间差为电机转子的时间周期，然后根据时间周期计算电机转子转速，从而得到电机转子在任意时刻的位置。本发明无需增加位置传感器，只需利用相邻两个绕组的互感特性即可实现对两相同步励磁开关磁阻电机的位置控制，降低了电机驱动系统的复杂性和电机的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法的流程图；

图2为本发明实施例2基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统的流结构连接图；

图3为本发明四相8/6极电机的两相励磁状态下的互感特性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法及系统，无需增加位置传感器，利用互感特性即可实现对两相同步励磁开关磁阻电机的位置控制，降低了电机驱动系统的复杂性和电机的成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本发明实施例1基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法的流程图。如图1所示，所述基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法包括：

步骤101，获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线，具体步骤为：

步骤a1，获取任意相邻两相绕组在两相同步励磁模式下的第一磁链；

步骤a2，获取所述两相绕组在单相励磁模式下的第二磁链；

步骤a3，根据所述第一磁链和所述第二磁链确定所述两相绕组的互感，其中，确定所述两相绕组的互感的具体公式为：

其中，m为两相绕组的互感，ψ1为第一相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ2为第二相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ1single为第一相绕组在单相励磁模式下的磁链，ψ2single为第二相绕组在单相励磁模式下的磁链，i为第一相绕组的电流，第一相绕组的电流和第二相绕组的电流相同。

步骤a4，根据所述两相绕组在不同时刻的互感确定所述两相绕组的互感-时间曲线。

步骤102，确定第一时间，所述第一时间为所述互感-时间曲线的第一极值点所对应的时间。

步骤103，确定第二时间，所述第二时间为所述互感-时间曲线的第二极值点所对应的时间；所述第二极值点与所述第一极值点为相邻的两个极值点。

步骤104，根据所述第一时间与所述第二时间确定电机转子转速，具体步骤为：

步骤b1，根据所述第一时间与所述第二时间计算电机转子的时间周期，其中，计算电机转子的时间周期的具体公式为：

δtm＝tn+1-tn(1)；

其中，δtm为电机转子的时间周期，tn为第一时间，tn+1为第二时间。

步骤b2，根据所述时间周期计算电机转子转速，其中，计算电机转子转速的具体公式为：

其中，nem为电机转子转速，δtm为电机转子的时间周期，θ'为电机转子一个时间周期转过的角度。例如，四相8/6极电机60°为一电感周期，即一个时间周期转过的角度为60°。

步骤105，根据所述电机转子转速确定电机转子在任意时刻的位置，其中，确定电机转子在任意时刻的位置具体公式为：

θk＝mod{[θ0+mod(nem·δt,360)],360}(3)；

其中，θk为当前时刻转子位置，θ0为第一时间的转子位置，k为1、2、3…，mod为求余函数，nem为电机转子转速，δt为当前时刻与第一时间的时间差。

本实施例提供的基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制方法，所述方法通过获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；确定两个相邻的极值点的时间差为电机转子的时间周期，然后根据时间周期计算电机转子转速，从而得到电机转子在任意时刻的位置。本发明无需增加位置传感器，只需利用相邻两个绕组的互感特性即可实现对两相同步励磁开关磁阻电机的位置控制，降低了电机驱动系统的复杂性和电机的成本。

实施例2

图2为本发明实施例2基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统的流结构连接图。如图2所示，所述基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统包括：

获取模块201，用于获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；

第一确定模块202，用于确定第一时间，所述第一时间为所述互感-时间曲线的第一极值点所对应的时间；

第二确定模块203，用于确定第二时间，所述第二时间为所述互感-时间曲线的第二极值点所对应的时间；所述第二极值点与所述第一极值点为相邻的两个极值点；

转速确定模块204，用于根据所述第一时间与所述第二时间确定电机转子转速；

位置确定模块205，用于根据所述电机转子转速确定电机转子在任意时刻的位置，其中，确定电机转子在任意时刻的位置的具体公式为：

θk＝mod{[θ0+mod(nem·δt,360)],360}(3)；

其中，θk为当前时刻转子位置，θ0为第一时间的转子位置，k为1、2、3…，mod为求余函数，nem为电机转子转速，δt为当前时刻与第一时间的时间差。可选的，电机转子转速确定模块204，具体包括：

时间周期确定单元，用于根据所述第一时间与所述第二时间计算电机转子的时间周期；可选的，时间周期确定单元，用于根据以下公式：

δtm＝tn+1-tn(1)

计算电机转子的时间周期；其中，δtm为电机转子的时间周期，tn为第一时间，tn+1为第二时间。

转速确定单元，用于根据所述时间周期计算电机转子转速。可选的，转速确定单元，用于根据以下公式计算电机转子转速：

其中，nem为电机转子转速，δtm为电机转子的时间周期，θ'为电机转子一个时间周期转过的角度。

可选的，获取模块201具体包括：

第一磁链获取单元，用于获取任意相邻两相绕组在两相同步励磁模式下的第一磁链；

第二磁链获取单元，用于获取所述两相绕组在单相励磁模式下的第二磁链；

互感确定单元，用于根据所述第一磁链和所述第二磁链确定所述两相绕组的互感，其中，确定所述两相绕组的互感具体公式为：

其中，m为两相绕组的互感，ψ1为第一相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ2为第二相绕组在两相同步励磁模式下的磁链，ψ1single为第一相绕组在单相励磁模式下的磁链，ψ2single为第二相绕组在单相励磁模式下的磁链，i为第一相绕组的电流，第一相绕组的电流和第二相绕组的电流相同。

互感-时间曲线确定单元，根据所述两相绕组在不同时刻的互感确定所述两相绕组的互感-时间曲线。

本实施例提供的基于互感特性两相同步励磁开关磁阻电机控制系统，所述系统通过获取电机任意相邻两相绕组的互感-时间曲线；确定两个相邻的极值点的时间差为电机转子的时间周期，然后根据时间周期计算电机转子转速，从而得到电机转子在任意时刻的位置。本发明无需增加位置传感器，只需利用相邻两个绕组的互感特性即可实现对两相同步励磁开关磁阻电机的位置控制，降低了电机驱动系统的复杂性和电机的成本。

下面详细介绍本发明的理论基础。

在相邻两相同时励磁时，磁场分布情况与单相励磁时相比有较大的变化，两相产生的磁场相互耦合和饱和效应，使得每相磁链大小、定转子轭部磁场饱和程度与单相励磁时有较大的差别，两相间的互感也不是单相励磁状态下那样小，并且不能够被忽略。

为了研究两相励磁时的磁场分布规律，对a、d两相励磁条件下的互感特性规律进行研究，此时忽略了每相内部相对线圈的互感影响，只考虑两相绕组之间的互感。如图3所示，互感的最大值出现在30°且电流为5a时，随着电流的增大，最大互感值从2.0mh降到了0.125mh。同时，在大电流时互感值较小，因为此时的磁链处于饱和状态。分析图3可知，互感在每个时间周期即60°里，都有一个极大值，因此，只需检测两个极大值出现的时间，就可以算出电机转子实际的时间周期，然后再根据一个时间周期转过的角度和时间周期就可以算出转子在任意时刻的位置。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。