适合开关磁阻电机全速范围运行的无位置传感器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种开关磁阻电机控制方法，特别是一种适合开关磁阻电机全速范围 运行的无位置传感器控制方法。
【背景技术】
[0002] 开关磁阻电机（SRM)具有结构简单牢固和控制方便灵活、具有较宽的转速及功率 范围等优点，广泛应用在牵引运输、通用工业、航空、家用电器等各个领域，已成为当代电气 传动的热门课题之一。而位置检测环节是开关磁阻电动机驱动系统的重要组成部分，检测 到的位置信号既是绕组开通与关断的依据，也为转速闭环控制提供了转速信息。目前实 际应用中，一般都采用轴位置传感器或者其他类型的探测式位置检测器来获得转子位置信 息，位置传感器的引入不仅提高了系统成本和复杂程度，更重要的是降低了系统结构的坚 固性，影响系统运行的可靠性。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。
[0003] SRM无位置传感器技术已经成为国际上SRM研宄领域的热点。各国学者提出了多 种无位置方案，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，以及基于探测线圈技术和基于模糊神经网络控制的方案 等。这些方案的缺点是其只能对开关磁阻电机启动后进行无位置传感器控制，不适用于开 关磁阻电机启动时初始位置定位和无位置传感器启动，尤其在电机带一定初始惯性转速条 件下的无反转启动。因此不利于电机全速度范围优化控制，限制了其适用范围。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种适合开关磁阻电机 全速范围运行的无位置传感器控制方法。
[0005] 技术方案：该控制方法基于开关磁阻电机的复平面电感模型，建立转子角度与电 感系数和三相电感之间的函数关系；在电机静止或带初始转速条件下启动时，采用脉冲注 入法获取三相电感；在电机低速运行时，采用空闲相脉冲注入法，建立三相电感之和的函数 关系，从而获取导通相电感；在电机高速运行时，采用积分磁链除以电流来获取参考相电 感；利用推导出的转子位置估算解析式计算出当前转子位置，根据估算出的转子位置实现 开关磁阻电机的无位置传感器运行控制。
[0006] 一种全速范围运行的无位置传感器控制方法，主要包括启动及低速驱动运行和高 速驱动运行两大组成部分，其具体步骤如下：
[0007] 步骤（1)，在开关磁阻电机启动或低速驱动运行时，通过直流母线电压向各相绕组 中连续注入短暂的电压脉冲，电机在零速条件下反电动势为零，即电阻压降为零，故SRM电 压方程为：
【主权项】
1. 一种适合开关磁阻电机全速范围运行的无位置传感器控制方法，其特征是：该控制 方法基于开关磁阻电机的复平面电感模型，建立转子角度与电感系数和三相电感之间的函 数关系；在电机静止或带初始转速条件下启动时，采用脉冲注入法获取三相电感；在电机 低速运行时，采用空闲相脉冲注入法，建立三相电感之和的函数关系，从而获取导通相电 感；在电机高速运行时，采用积分磁链除以电流来获取参考相电感；利用推导出的转子位 置估算解析式计算出当前转子位置，根据估算出的转子位置实现开关磁阻电机的无位置传 感器运行控制。
2. 根据权利要求1所述的一种适合开关磁阻电机全速范围运行的无位置传感器控制 方法，其特征是：所述的方法主要包括开关磁阻电机启动及低速驱动运行和高速驱动运行 两大组成部分，其具体步骤如下： 步骤（1)，在开关磁阻电机启动或低速驱动运行时，通过直流母线电压向各相绕组中 连续注入短暂的电压脉冲； 步骤（2)，根据AD通道采样的数字电压信号Uk和各相响应电流AIk，计算出三相电感 值LA、LB、Lc; 步骤（3)，根据启动或低速驱动运行参考相选择原理，确定初始参考相，获取参考相电 流，并测量电机转子的三个特殊位置处的电感，即9 =0°时，转子与定子磁极完全对齐处 电感为La;0 =11.25°，转子与定子磁极处于中间位置处电感为Lm;0 =22.5°，转子与 定子磁极完全不对齐处电感为Lu; 步骤（4)，根据步骤（3)中获得的数据，拟合得出开关磁阻电机在复平面电感模型中的 电感系数 步骤（5)，利用开关磁阻电机复平面电感模型计算当前的转子位置角度； A相转子位置角度估计公式为；
B相转子位置角度为：
C相转子位置角度为：
步骤（6)，在开关磁阻电机高速驱动运行时，由AD通道采样得到数字电压信号Uk和电 流信号iA、iB、ic，利用开关磁阻电机电压方程估算当前转子位置的每相磁链； 步骤（7)，根据步骤（6)中获得的磁链数据，计算出三相电感值La、Lb、Lc; 步骤（8)，将A、B、C三相中任意一相作为参考相，其转子位置角度计算公式为：
式中，UthOT为除参考相以外剩余两相电感之和（当A为参考相时，LrthOT=LB+LC); 根据上述方法即可得到开关磁阻电机的转子位置角度，进而实现开关磁阻电机在全速 范围内的无位置传感器运行控制。
【专利摘要】一种适合开关磁阻电机全速范围运行的无位置传感器控制方法，属于开关磁阻电机控制方法。基于开关磁阻电机的复平面电感模型，建立转子角度与电感系数和三相电感之间的函数关系；在电机静止或带初始转速条件下启动时，采用脉冲注入法获取三相电感；在电机低速运行时，采用空闲相脉冲注入法，建立三相电感之和的函数关系，从而获取导通相电感；在电机高速运行时，采用积分磁链除以电流来获取参考相电感；利用推导出的转子位置估算解析式计算出当前转子位置，根据估算出的转子位置实现开关磁阻电机的无位置传感器运行控制。该方法简单，计算量小，易于控制器实现全速度范围运行，具有较高的位置估算精度。
【IPC分类】H02P6-08
【公开号】CN104579040
【申请号】CN201510028364
【发明人】蒯松岩, 孙文兵, 马金洋, 王从庆, 汤锐智, 李兴红, 沈恂
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月20日