專利名稱：：一種適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：發(fā)明涉及一種適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器控制的
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、效率高、容錯(cuò)性強(qiáng)、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，并且價(jià)格低，因而備受關(guān)注，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉及航空航天、油田、電動(dòng)汽車、家用電器等，隨著技術(shù)的逐漸成熟，已經(jīng)顯示出潛在優(yōu)勢和良好前景。電機(jī)的運(yùn)行依賴于對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測，安裝位置傳感器不僅增加了電機(jī)的成本，并且在特定的環(huán)境下會(huì)降低了系統(tǒng)的可靠性(由于高溫、灰塵對(duì)于傳感器的影響)。所以無位置傳感器技術(shù)的研究意義重大，是目前SRM研究領(lǐng)域熱點(diǎn)之一，許多學(xué)者在這方面做出了巨大貢獻(xiàn)。各國學(xué)者提出了多種無位置方案，典型無位置技術(shù)方案有注入脈沖法、電流波形監(jiān)測法、基于磁鏈法、互感電壓法、磁鏈/電流法、觀測器法、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的方其中在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，注入脈沖法原理簡單，且較易于實(shí)現(xiàn)。為了不增加硬件，在電機(jī)三相輪流導(dǎo)通(即每個(gè)時(shí)刻只有一相導(dǎo)通)的情況下，可以通過功率電路中開關(guān)管的高速開通與關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)向非導(dǎo)通相注入電壓脈沖。由于開關(guān)管開通時(shí)間很短，且轉(zhuǎn)速較低，響應(yīng)電流可表示為式(1):Ai=^-AT(1〗其中，v—bus為母線電壓，AT為注入脈沖的時(shí)間，L(e)為相電感。如果向繞組中注入脈沖的時(shí)間AT固定，響應(yīng)電流變化Ai與L(e)電感成反比關(guān)系。在電機(jī)只有一相導(dǎo)通的情況下，并不需要轉(zhuǎn)子每一個(gè)位置信息，只要能判斷出電機(jī)換相位置是否來到即可。所以在某一相關(guān)斷時(shí)，向該相中注入高頻脈沖，然后對(duì)相應(yīng)電流進(jìn)行檢測，當(dāng)Ai大于設(shè)定的閥值時(shí)，就開通該相并關(guān)斷上一導(dǎo)通相。圖l所示為三相電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化曲線，其中0°代表A相定子齒與轉(zhuǎn)子槽對(duì)齊位置，22.5。代表A相定子齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊位置；圖2為整個(gè)周期向A相注入脈沖后響應(yīng)電流的波形。當(dāng)A相的響應(yīng)電流達(dá)到閥值時(shí)，則代表A相已處于0。附近，此時(shí)即可開通A相，關(guān)斷C相。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)不需要位置信號(hào)情況下的三相連續(xù)導(dǎo)通。但是該算法存在的缺點(diǎn)由于隨著母線電壓的升高，相應(yīng)地脈沖電流的幅值也會(huì)升高，這樣就需要改變設(shè)定的閥值才能在想要的角度開通相應(yīng)相，所以不適合調(diào)壓控制的情況下運(yùn)行；另外，該方法只適合于固定開通關(guān)斷角，不能靈活控制，限制了其適用范圍。基于以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了根據(jù)三相電流斜率的變化來估算轉(zhuǎn)子的位置，這種方法算法簡單，可以調(diào)節(jié)開通、關(guān)斷角，并且適用于變壓調(diào)速的場合使用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出了一種適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法，這種方法適用于電機(jī)低速斬波運(yùn)行模式。通過向非導(dǎo)通相注入高頻脈沖，在整個(gè)周期內(nèi)檢測三相電流上升斜率與下降斜率之差，這些離散的差值經(jīng)過濾波后分別形成三條包絡(luò)線，它們與電感存在著特定的關(guān)系，依靠這些包絡(luò)線的交點(diǎn)就能來確定轉(zhuǎn)子的位置，其他位置可以根據(jù)轉(zhuǎn)速推算得出。該發(fā)明的技術(shù)方案包括以下幾個(gè)步驟適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法，其特征在于包含以下步驟第一步所述開關(guān)磁阻電機(jī)工作于低速斬波模式，通過向非導(dǎo)通相繞組注入高頻脈沖后，使用三個(gè)電流傳感器分別實(shí)時(shí)檢測三相繞組電流，將所述檢測到的三相繞組電流分別依次經(jīng)過調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換模塊后由微處理器計(jì)算得到電流斜率之差；第二步:將第一步所述的檢測得到的電流斜率之差經(jīng)過中值濾波后形成三條包絡(luò)線；第三步由三相包絡(luò)線的交點(diǎn)得到電流斜率與特定的轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系表電流斜率的關(guān)系特定轉(zhuǎn)子位.W氣我，j復(fù)^rfi:*》a7.5。《節(jié)《h庁減，我.」我，乂必a'1，_^anti___"<'。治rf/a225°<A:成」減、我》30o我c//._j成>成'=findrf/《#Arff37.5°《=《and《>《eftrf/450由任意兩個(gè)特定的轉(zhuǎn)子位置點(diǎn)之間的時(shí)間差A(yù)t計(jì)算出所述開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速|(zhì)=^根據(jù)所述特定轉(zhuǎn)子位置和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速"估算出轉(zhuǎn)子到達(dá)任意位置的時(shí)刻點(diǎn)A/|=^+￡^—，微處理器依據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信息即即轉(zhuǎn)子到達(dá)任意位置的時(shí)刻點(diǎn)給出功率變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)開通、關(guān)斷角可調(diào)控制，其中ia、ib、i。分別為三相繞組電流，ae為所述任意兩個(gè)特定轉(zhuǎn)子位置點(diǎn)之差，f為檢測得到特定轉(zhuǎn)子位置e*的時(shí)刻點(diǎn)，t為所求任意位置e的時(shí)刻點(diǎn)。該控制策略具有以下優(yōu)點(diǎn)參實(shí)施簡便，不需要另外增加硬件，只需要對(duì)電流進(jìn)行檢測，可以有效地節(jié)省系統(tǒng)的成本。4參巧妙地消除了反電勢的影響，很大程度上提高了轉(zhuǎn)子位置估算的精確性；參不受電壓改變的影響。隨著電壓的改變，電流變化率也會(huì)隨著變化，然而三條包絡(luò)線的斜率的變化是一致的，其原有的對(duì)稱性并無變化，因此不影響其交點(diǎn)的位置。這種方法適合于變壓調(diào)速的場合使用。參可以調(diào)節(jié)開通、關(guān)斷角，控制更為靈活。參算法簡單，對(duì)控制芯片的要求并不是很高。參一個(gè)周期可以測試出六個(gè)特殊的位置點(diǎn)，這樣即使個(gè)別位置信號(hào)丟失也不會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)行，保證了轉(zhuǎn)子位置估算的精度。圖1為12/8結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)的三相電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化曲線。圖2為整個(gè)周期向A相注入脈沖后響應(yīng)電流的波形。圖3為非導(dǎo)通時(shí)注入脈沖、導(dǎo)通后斬波的模式下A相電流波形。圖4為開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖。圖5為A相電流斜率變化值經(jīng)過中值濾波后形成的包絡(luò)線。圖6為三相包絡(luò)線與相電感關(guān)系的示意圖。圖7為控制策略流程圖。具體實(shí)施例方式當(dāng)電機(jī)工作在低速斬波模式下，如果向非導(dǎo)通相注入高頻脈沖，那么開關(guān)管在整個(gè)周期內(nèi)都是工作在不停地開通與關(guān)斷狀態(tài)下的。低速指電機(jī)轉(zhuǎn)速低于1500rpm.。本發(fā)明中的高頻脈沖頻率為10K—20KHz。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電壓方程可以表示為式(2):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電壓方程可以表示為式(3)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>圖3所示為上述控制模式下A相的電流變化情況。在開關(guān)管的狀態(tài)改變的區(qū)間，如圖中的區(qū)域1、區(qū)域2，和L(e)變化很小，且，不變，將(3)式減去(2)式可得:!<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>由上式可以看出，電流的上升斜率減去下降斜率的差，不受運(yùn)動(dòng)反電勢的影響，只跟母線電壓與相電感有關(guān)。傳統(tǒng)的控制方法通常忽略了反電勢的影響，因而會(huì)造成較大誤差。而在本發(fā)明中，經(jīng)過上面的處理，并沒有忽略反電勢，但間接地消除了其影響，從而大大提高了控制的精度。當(dāng)電壓固定不變時(shí)，電流斜率之差與相電感成反比關(guān)系，而電感隨轉(zhuǎn)子位置的改變而改變，所以，可以通過測量電流斜率變化來估算轉(zhuǎn)子的位置。圖4為開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖。開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)、功率變換器、控制系統(tǒng)、位置傳感器以及電流檢測和保護(hù)電路等組成?？刂葡到y(tǒng)由微處理器(DSP+CPLD)構(gòu)成，其中微處理器是系統(tǒng)的核心，對(duì)檢測信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算和處理，完成相關(guān)的控制算法，從而輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。本發(fā)明中的電流斜率計(jì)算和無位置傳感器技術(shù)的算法均由控制器來完成。通過電流傳感器可以實(shí)時(shí)檢測三相電流，通過DSP可以〗感激逾麵譜i值，例如圖3中區(qū)域1、2、3的電流斜率變化值。為-，其它兩相也用相同的表示方法。計(jì)算出開關(guān)管狀態(tài)改變區(qū)間的-了方便表示，用i表示A相由此，可以得到一系列離散的電流斜率之差的數(shù)值，這些離散的數(shù)值經(jīng)過濾波后可以形成一條包絡(luò)線如圖5所示。運(yùn)用以上方法，同樣可以得到B、C相的電流斜率變化的包絡(luò)線。如圖6所示，這三條包絡(luò)線的變化趨勢與相電感的變化趨勢恰相反。根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，B相和C相的包絡(luò)線分別比A滯后15。和30°。并且各相前半周期與后半周期的電感是對(duì)稱的，這一性質(zhì)決定了三條包絡(luò)線的交點(diǎn)是確定的位置點(diǎn)。表1為三相電流斜率與轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系表。電機(jī)運(yùn)行過程中通過三個(gè)電流傳感器實(shí)時(shí)檢測各相電流斜率的變化，根據(jù)它們之間的關(guān)系判斷出轉(zhuǎn)子的特定位置點(diǎn)，進(jìn)一-由兩個(gè)位置點(diǎn)之間的時(shí)間差計(jì)算出電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。根據(jù)判斷出步可以根據(jù)公式《=的特定位置點(diǎn)和計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速，就能估算出轉(zhuǎn)子的其它位置，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行及開通、關(guān)斷角可變控制。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖7為該控制策略的流程圖。向非導(dǎo)通相注入高頻脈沖，導(dǎo)通相則進(jìn)行斬波控制，由三個(gè)電流傳感器實(shí)時(shí)采集三相電流，經(jīng)過調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換后由DSP計(jì)算出電流斜率之差，這些離散的差值經(jīng)過中值濾波后形成三條包絡(luò)線，根據(jù)表1中給出的電流斜率與轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系表，可以判斷出轉(zhuǎn)子的特定位置點(diǎn)，進(jìn)一步可以根據(jù)公式^=^~由兩個(gè)位A/置點(diǎn)之間的時(shí)間差計(jì)算出電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。根據(jù)判斷出的特定位置點(diǎn)和計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速，就能估算出轉(zhuǎn)子的其它位置，最后微處理器依據(jù)位置信號(hào)能夠給出功率變換器中開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。權(quán)利要求一種適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法，其特征在于包含以下步驟第一步所述開關(guān)磁阻電機(jī)工作于低速斬波模式，通過向非導(dǎo)通相繞組注入高頻脈沖后，使用三個(gè)電流傳感器分別實(shí)時(shí)檢測三相繞組電流，將所述檢測到的三相繞組電流分別依次經(jīng)過調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換模塊后由微處理器計(jì)算得到電流斜率之差；第二步將第一步所述的檢測得到的電流斜率之差經(jīng)過中值濾波后形成三條包絡(luò)線；第三步由三相包絡(luò)線的交點(diǎn)得到電流斜率與特定的轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系表由任意兩個(gè)特定的轉(zhuǎn)子位置點(diǎn)之間的時(shí)間差Δt計(jì)算出所述開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速根據(jù)所述特定轉(zhuǎn)子位置和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速ω估算出轉(zhuǎn)子到達(dá)任意位置的時(shí)刻點(diǎn)微處理器依據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信息即轉(zhuǎn)子到達(dá)任意位置的時(shí)刻點(diǎn)給出功率變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)開通、關(guān)斷角可調(diào)控制，其中ia、ib、ic分別為三相繞組電流，Δθ為所述任意兩個(gè)特定轉(zhuǎn)子位置點(diǎn)之差，t*為檢測得到特定轉(zhuǎn)子位置θ*的時(shí)刻點(diǎn)，t為所求任意位置θ的時(shí)刻點(diǎn)。F2009101850290C0000012.tif,F2009101850290C0000013.tif全文摘要本發(fā)明公布了一種適合低速的開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器方法，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明以開關(guān)磁阻電機(jī)為控制對(duì)象，通過向非導(dǎo)通相注入高頻脈沖，在整個(gè)周期內(nèi)檢測三相電流上升斜率與下降斜率之差，這些離散的差值經(jīng)過濾波后分別形成三條包絡(luò)線，它們與電感存在著特定的關(guān)系，根據(jù)這些包絡(luò)線的交點(diǎn)就能來確定轉(zhuǎn)子的位置，其他位置可以根據(jù)轉(zhuǎn)速推算得出，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行及開通、關(guān)斷角可調(diào)控制。該方法算法簡單，控制靈活，只需檢測相電流，同時(shí)消除了反電勢的影響，很大程度上提高了位置估算的精確度。文檔編號(hào)H02P6/14GK101699757SQ200910185029公開日2010年4月28日申請(qǐng)日期2009年10月28日優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日發(fā)明者彭晶晶,毛宇陽,蔡駿,鄧智泉申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)