一種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計方法及裝置，其中方法包括步驟：初始化、滯環(huán)斬波PWM控制、獲取極對極時刻、開關磁阻電機轉速計算以及開關磁阻電機轉子位置估計；裝置包括：初始化模塊、滯環(huán)斬波PWM控制模塊、獲取極對極時刻模塊、開關磁阻電機轉速計算模塊以及開關磁阻電機轉子位置估計模塊。本發(fā)明對低速運轉階段的開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計精度高，并且算法簡單，不需要增加硬件，通用性強。
【專利說明】一種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種開關磁阻電機的轉子位置估計方法及裝置，尤其是一種用于無位 置傳感器的開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計方法及裝置。

【背景技術】
[0002] 在電機應用領域中，開關磁阻電機的運轉需要轉子位置信號，而開關磁阻電機的 位置估計過程包括三個階段：啟動階段、低速運轉階段和高速運轉階段。啟動階段需要獲得 開關磁阻的初始位置，該位置的獲取有專門的方法；低速運轉階段需要獲得轉子實時位置， 這正是本發(fā)明需要解決的技術問題；高速運轉階段也需要獲得轉子實時位置，該位置也有 其他的專門檢測方法?，F(xiàn)有的開關磁阻電機調速系統(tǒng)主要由開關磁阻電機（SRM)、功率變換 器、控制器、轉子位置檢測器四大部分組成，而轉子位置檢測器對轉子位置信號的獲取主要 采用直接位置檢測方法，該方法是在電機中專門增設一個位置傳感器得到位置信號，典型 的有電磁式、光電式、磁敏式等，其中光電傳感器應用最廣泛，但這些傳統(tǒng)的機械傳感器結 構復雜，安裝不方便，不僅增加了系統(tǒng)結構的復雜性，同時也降低了系統(tǒng)的可靠性和增加了 成本，制約了開關磁阻電機的廣泛應用，特別在高溫、灰塵等惡劣環(huán)境下，位置傳感器又容 易出現(xiàn)故障，這又限制了電機的正常運轉。為了克服開關磁阻電機這一弊端，探索一種算法 簡單、容易實現(xiàn)、又高可靠性的無位置傳感器技術具有十分重要的實際意義。
[0003] 近年來，國內(nèi)外學者對開關磁阻電機無位置傳感器技術進行了廣泛的研究，提出 一系列的位置估計算法，主要有脈沖注入法、磁鏈/電流法、智能擬合算法、電感模型法以 及非導通相電流波形檢測、調制技術等，這些方法是利用電機固有的電、磁等與轉子位置相 關的信息間接估計位置信號，但由于算法模型本身設計的局限性，每種方法都存在其適應 范圍和優(yōu)缺點，目前還不能應用到工程系統(tǒng)中，不過隨著智能控制、數(shù)字信號處理、電力電 子等技術的高速發(fā)展，復雜控制算法和高精度的轉子位置估計算法得以實現(xiàn)途徑可能變?yōu)?現(xiàn)實。
[0004] 其中，根據(jù)電流波形、磁鏈特性估計具有換相功能的特征位置，以獲取電機轉子位 置信號的方法得到國內(nèi)外很多學者的研究，分別提出了簡化磁鏈法和電流梯度法。前者是 選定電感最大位置作為換相時刻的特征位置，通過實時計算磁鏈與特征位置磁鏈比較得實 現(xiàn)換相，但需要測量電機的電磁特性曲線，離線測量過程復雜，測量的精度不高，影響位置 估計的精度。后者在定轉子極對極開始重合之前，電流梯度大于零，而在定轉子極對極開始 重合之后，由于反電動勢的存在，使電流梯度小于零，所以根據(jù)電流梯度過零，估計定轉子 極對極開始重合的特征位置，該方法雖然不需要電機精確的數(shù)學模型，但相電流檢測過程 中需要增加濾波調理電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有的無位置傳感器的開關磁阻電機在低速運轉階 段的轉子位置估計方法中簡化磁鏈法需要離線測量電磁特性，離線測量過程復雜，測量精 度不高；電流梯度法則需要額外增加相電流檢測的濾波調理電路。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估 計方法，開關磁阻電機系統(tǒng)包括采集開關磁阻電機電流信號的信號采樣調理電路、驅動開 關磁阻電機轉動的功率變換器以及對電流信號進行處理并控制功率變換器的微處理器，轉 子位置估計方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1，初始化，設定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Ai ;
[0008] 步驟2,滯環(huán)斬波PWM控制，讀取信號采樣調理電路采集的實時電流信號，將實時 電流信號減去限定電流得電流變化量，若電流變化量> Ai，則關閉滯環(huán)斬波PWM，向功 率變換器發(fā)送關斷開關管信號，若電流變化量<-△ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器 發(fā)送導通開關管信號；
[0009] 步驟3,獲取極對極時刻，記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時間，若開通時間 在某時刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時刻即為開關磁阻電機的轉子與定子的極對極時 刻；
[0010] 步驟4,開關磁阻電機轉速計算，記錄相鄰兩次極對極時刻，并計算兩次極對極時 刻的時間差△〖，再根據(jù)開關磁阻電機的轉子相鄰兩極的角度差△ Θ計算開關磁阻電機轉 子的角速度

【權利要求】
1. 一種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計方法，其特征在于，所述開關磁阻電機 系統(tǒng)包括采集開關磁阻電機電流信號的信號采樣調理電路、驅動開關磁阻電機轉動的功率 變換器以及對電流信號進行處理并控制功率變換器的微處理器，所述轉子位置估計方法包 括如下步驟： 步驟1，初始化，設定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Λ i ; 步驟2,滯環(huán)斬波PWM控制，讀取信號采樣調理電路采集的實時電流信號，將實時電流 信號減去限定電流Γ得電流變化量，若電流變化量> △ i，則關閉滯環(huán)斬波PWM，向功率變 換器發(fā)送關斷開關管信號，若電流變化量<_ Λ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器發(fā)送 導通開關管信號； 步驟3,獲取極對極時刻，記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時間，若開通時間在某 時刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時刻即為開關磁阻電機的轉子與定子的極對極時刻； 步驟4,開關磁阻電機轉速計算，記錄相鄰兩次極對極時刻，并計算兩次極對極時刻的 時間差At，再根據(jù)開關磁阻電機的轉子相鄰兩極的角度差△ Θ計算開關磁阻電機轉子的 角速度-- ^ (deg/ .s')； At 步驟5,開關磁阻電機轉子位置估計，根據(jù)開關磁阻電機的角速度ω以及估計時間間 隔ΛΤ計算出開關磁阻電機轉子在轉動估計時間間隔后相對于極對極位置轉過角度為Θ =ω Λ Τ〇
2. -種用于開關磁阻電機系統(tǒng)的轉子位置估計裝置，其特征在于，所述開關磁阻電機 系統(tǒng)包括采集開關磁阻電機電流信號的信號采樣調理電路、驅動開關磁阻電機轉動的功率 變換器以及對電流信號進行處理并控制功率變換器的微處理器，所述微處理器包括如下模 塊： 初始化模塊，用于設定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Ai ; 滯環(huán)斬波PWM控制模塊，用于讀取信號采樣調理電路采集的實時電流信號，將實時電 流信號減去限定電流Γ得電流變化量，若電流變化量> △ i，則關閉滯環(huán)斬波PWM，向功率 變換器發(fā)送關斷開關管信號，若電流變化量<_△ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器發(fā) 送導通開關管信號； 獲取極對極時刻模塊，用于記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時間，若開通時間在 某時刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時刻即為開關磁阻電機的轉子與定子的極對極時 刻； 開關磁阻電機轉速計算模塊，用于記錄相鄰兩次極對極時刻，并計算兩次極對極時刻 的時間差At，再根據(jù)開關磁阻電機的轉子相鄰兩極的角度差△ Θ計算開關磁阻電機轉子 的角速度? = 了(deg/'? ; At 開關磁阻電機轉子位置估計模塊，用于根據(jù)開關磁阻電機的角速度ω以及估計時間 間隔ΛΤ計算出開關磁阻電機轉子在轉動估計時間間隔后相對于極對極位置轉過角度為 θ = ω Δ Τ〇
【文檔編號】H02P6/18GK104242748SQ201410525610
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權日:2014年10月8日
【發(fā)明者】張磊, 徐開軍, 張漢年 申請人:南京信息職業(yè)技術學院