专利名称：一种开关磁阻电机转子位置解算方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关磁阻电机(SR电机)领域，尤其涉及开关磁阻电机转子位置。
背景技术：
开关磁阻电机结构简单坚固，成本低，系统效率高，可靠性好，由其构成的开关磁阻电机驱动系统(SRD)特别适合需要快速频繁正反转和在很宽转速范围内调速的设备，如龙门吊、电动车辆、风力发电、航空设备等。开关磁阻电机的控制需要转子位置信息，其转子位置信息的获取主要有两大类方法(1)直接安装位置传感器，称为直接位置检测；(2)检测电压电流等其它变量，通过一定的方法解算得到转子位置，称为间接位置检测。与第一种方法相比，第二种方法由于不需要在转子轴上安装传感器，在许多方面体现出显著的优点，具有重要的理论意义和实用价值。间接位置检测方法的关键是需要建立转子位置和其它可测变量之间的数学关系， 通常是根据SR电机的磁链F、绕组电流i和转子位置θ三者之间的关系来求解转子位置， 附
图1和附图2分别是以绕组电流为自变量和以转子位置为自变量的某三相12/8极SR 电机磁链特性曲线，由图可见，这三者间呈现高度的非线性特性，对其建立数学模型比较困难。
发明内容
实现SR电机的转子位置解算，首先需要建立其数学模型。一般的建模方法是对不同转子位置，建立对应于附图1的形式的数学模型，如Spong模型、改进的Spong模型等，此时由模型无法直接解算位置6 ,需要使用数值计算的方法，使用时复杂、费时。为此，有必要建立附图2所示的掛=树的形式的数学模型，且该模型可逆(即可以解析计算其反函数
_ )，以方便解算转子位置。本发明在建立此种6=饵劝形式的新型模型的基础上，
采用相应的信号检测和处理手段，实现了一种SR电机转子位置解算的新方法。
对附图2形式的SR电机磁链特性数据，使用式所示的数学模型表达，式中Ψ为磁链， i为绕组电流，& C/ = UA4)为绕组电流i的函数，θ为转子位置。
权利要求
1.一种确定开关磁阻电机转子位置的方法，其特征在于包括建立基于开关磁阻电机磁链特性数据的数学模型、采用相应的信号检测和处理手段，所述建立数学模型包括描述磁链特性数据的式ι : ^al(I)H-其中Ψ为磁链，i为绕组电流，~(0( / = 1二3，4)为绕组电流i的函数，θ为转子位置；式ι的反函数式2:m j+站)；^2{ι) α^ι) a^ii) - ψ时刻的磁链式3:炉込)=1，其中为与开通角相对应的时刻，为绕组电J ‘m阻；所述方法包括如下步骤A.对电机磁链特性数据使用式1进行曲线拟合，拟合时按每条曲线依次进行，得到一组与不同电流值i相对应的系数力(0( / = 1，2，3，4)；B.检测电机(4)工作相的绕组电压《和电流i，使用式3计算磁链；C.根据4时刻的电流值哄)和步骤A得到的系数~(00= 口』4)，通过插值计算得到 ^P(A)JC'= 1,2,3,4)；D.将_和代入式2，计算得到&时刻的转子位置，S中^的取值范围位于区间之内，4为工作相绕组电流回零对应的时刻；E.在下一相绕组开通之后并且当前相绕组电流回零之前，选择下一相绕组作为计算对象，重复步骤B 步骤E，并根据开关磁阻电机(4)相邻相之间的位置关系，得到连续的转子位置，帮助实现电机的自同步运行。
2.一种实现权利要求1的开关磁阻电机转子位置解算系统，其特征在于包括基于电机磁链特性数据的数学模型，实现数学模型方法，电压传感器(6)，电流传感器(7)，微处理器(8)，所述建立数学模型包括描述磁链特性数据的式ι 炉]+ (!),其中Ψ为磁链，i为绕组电流，《/(OC/ = 12,3,4)为绕组电流i的函数，θ为转子位置；式1的反函数式2 沒=^7叫J+a,Q).a2 {}) αχ (ι) + ^4 {ι) - ψ4时刻的磁链式3 :，其中‘为与开通角相对应的时刻，/P为绕组电阻； 实现所述模型的方法包括如下步骤Α.对电机磁链特性数据使用式1进行曲线拟合，拟合时按每条曲线依次进行，得到一组与不同电流值i相对应的系数~(0(』=1,2么4)；B.电压传感器(6)、电流传感器(7)分别检测电机(4)工作相的绕组电压 和电流i， 微处理器(8)使用式3计算磁链；C.根据4时刻的电流值和步骤A得到的系数力( /= 1，2么4)，微处理器(8)通过插值计算得到~[啦)]0 = 1义3，4)；D.电流传感器(7)得到5^4):10= 1,23,4),微处理器(8)将_和 ^￠^)10 = 12,3,4)代入式2，计算得到4时刻的转子位置，其中4的取值范围位于区间[‘,U之内，为工作相绕组电流回零对应的时刻；E.在下一相绕组开通之后并且当前相绕组电流回零之前，选择下一相绕组作为计算对象，重复步骤B 步骤E，并根据开关磁阻电机(4)相邻相之间的位置关系，得到连续的转子位置，帮助实现电机的自同步运行。
3. 一种开关磁阻电机调速系统，包括开关磁阻电机驱动系统，所述开关磁阻电机驱动系统包括转速命令装置(1)、比较器、控制器(2)、开关磁阻电机(4)、电源(3)和负载(5)，可调电位器设置转速命令，控制器(2)包括微处理器系统和功率变换器，其特征在于所述系统还包括如权利要求2所述的实现基于电机磁链特性数据的数学模型的转子位置解算系统，所述数学模型包括描述磁链特性数据的式1 ^二巧时1—1 + 一1仏_)] + ⑴,其中Ψ为磁链，i为绕组电流， (0C/ = U,3,4)为绕组电流i的函数，θ为转子位置；式 1 的反函数式
4.一种如权利要求3所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于所述电机轴上仍安装了位置编码器检测转子位置，其输出为,将位置解算系统输出的转子位置θ与实际转子位置〃rea7相减得到误差^。
5.一种如权利要求3所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于所述开关磁阻电机(4)为三相12/8极，额定功率1. 5kW，负载使用磁粉制动器。
全文摘要
本发明公开了一种开关磁阻电机转子位置的解算方法及系统，建立一种以转子位置为参数的数学模型，且该模型可逆(即可以解析计算其反函数)，以方便解算转子位置。本发明在建立此种形式的新型模型的基础上，采用相应的信号检测和处理手段，实现了一种开关磁阻电机转子位置解算的新方法及系统。
文档编号H02P6/18GK102368674SQ20111016779
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者孙鹏, 张顺, 景为平, 陈海进 申请人:南通大学