本發(fā)明屬于雙凸極電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙凸極電機(jī)無(wú)位置起動(dòng)方法。

背景技術(shù)：
雙凸極電機(jī)作為一種新型特種電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/發(fā)電一體化等優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣泛關(guān)注。準(zhǔn)確的位置信息是雙凸極電機(jī)可靠運(yùn)行的前提，一般系統(tǒng)中采用霍爾傳感器獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信息，霍爾傳感器的安裝一方面增加了系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)的成本及復(fù)雜程度，另一方面也限制了雙凸極電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。因此雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制具有較大的研究意義。在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以通過(guò)反電勢(shì)或磁鏈觀測(cè)判斷轉(zhuǎn)子所在位置，而在啟動(dòng)階段轉(zhuǎn)速低，反電勢(shì)較小，難以檢測(cè)，因此雙凸極電機(jī)的無(wú)位置啟動(dòng)是其無(wú)位置運(yùn)行的關(guān)鍵。程明等公開(kāi)的“雙凸極電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的啟動(dòng)方法”(中國(guó)，公開(kāi)日：2011年12月21日，公開(kāi)號(hào)：102291070A)專利中研究了一種雙凸極電機(jī)無(wú)位置控制方法，該方法在低速階段通過(guò)給每種定子繞組組合方式注入幅值、時(shí)間相同的脈沖，通過(guò)比較響應(yīng)電流確定轉(zhuǎn)子的初始位置，根據(jù)位置確定逆變器的導(dǎo)通使得電機(jī)按照給定方向旋轉(zhuǎn)。該方法沒(méi)有考慮當(dāng)轉(zhuǎn)子處于扇區(qū)邊界時(shí)，電流響應(yīng)相差很小，難以通過(guò)電流響應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確判斷轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)的情況，當(dāng)轉(zhuǎn)子位于扇區(qū)邊界時(shí)易啟動(dòng)失敗或反轉(zhuǎn)。趙耀等公開(kāi)的“一種基于電感法的三相電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)啟動(dòng)升速無(wú)位置技術(shù)”(中國(guó)，公開(kāi)日：2013年5月1日，公開(kāi)號(hào)：103078586A)專利中提出了一種雙凸極電機(jī)低速無(wú)位置控制方法，該方法在靜止時(shí)不加勵(lì)磁電流，給電樞繞組注入固定周期的電壓脈沖信號(hào)判斷轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)，升速時(shí)采集斬波時(shí)電樞電流上升的斜率計(jì)算兩相串聯(lián)繞組與勵(lì)磁繞組互感之和進(jìn)行雙凸極電機(jī)無(wú)位置升速。該方法在靜止時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)子位于扇區(qū)邊界的情況，容易導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的振蕩，加速過(guò)程需要實(shí)時(shí)精確檢測(cè)電樞電流，換向時(shí)刻的確定依賴延遲角度的選取，受參數(shù)影響較大，實(shí)施過(guò)程較為復(fù)雜。張海波等公開(kāi)的“基于三相六狀態(tài)起動(dòng)的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)法”(中國(guó)，公開(kāi)日：2013年8月7日，公開(kāi)號(hào)：103236807A)專利提出了一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，通過(guò)多次注入脈沖來(lái)檢測(cè)非注入相端電壓判斷轉(zhuǎn)子所在位置。該方法在起動(dòng)時(shí)將轉(zhuǎn)子位置按平均每60°劃分為一個(gè)扇區(qū)，這樣的劃分方法不符合雙凸極電機(jī)反電勢(shì)規(guī)律，依據(jù)這種劃分方法采取的三相六狀態(tài)的起動(dòng)策略并不能實(shí)現(xiàn)雙凸極電機(jī)的最大出力，且該專利提出的轉(zhuǎn)子位置判斷方法需要多次注入脈沖進(jìn)行判斷，對(duì)電壓檢測(cè)精度要求較高，實(shí)施過(guò)程較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種雙凸極電機(jī)無(wú)位置起動(dòng)方法,解決了現(xiàn)有技術(shù)中該類電機(jī)在扇區(qū)邊界易啟動(dòng)失敗、需要較高的電壓電流檢測(cè)精度的問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：一種雙凸極電機(jī)無(wú)位置起動(dòng)方法，包括如下步驟：步驟1、在雙凸極電機(jī)停止時(shí)，依次對(duì)電機(jī)的A、B、C三相中的任意兩相輸入幅值、時(shí)間均相等的檢測(cè)脈沖，并且在脈沖結(jié)束時(shí)刻采集相應(yīng)兩相的響應(yīng)電流，獲取對(duì)應(yīng)的三個(gè)響應(yīng)電流，分別為AB相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流、BC相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流、CA相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流；步驟2、劃分扇區(qū)，比較三個(gè)響應(yīng)電流，判斷三個(gè)響應(yīng)電流的大小，根據(jù)三個(gè)響應(yīng)電流之間的差值與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果定義電機(jī)轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)的類型及排序，其中扇區(qū)的類型分為普通扇區(qū)和邊界扇區(qū)；步驟3、根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)類型及三相響應(yīng)電流的關(guān)系，確定電機(jī)的起動(dòng)方式。所述步驟2中定義電機(jī)轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)的類型及排序的具體方法如下：首先，比較三個(gè)響應(yīng)電流，若三個(gè)響應(yīng)電流中兩兩響應(yīng)電流之差均大于或等于設(shè)定閥值，則定義此時(shí)轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)為普通扇區(qū)；若存在任意兩響應(yīng)電流的差值小于設(shè)定閥值，且第三個(gè)響應(yīng)電流大于該任意兩響應(yīng)電流，則定義此時(shí)轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)；否則，視為檢測(cè)錯(cuò)誤，重新執(zhí)行步驟1。所述步驟3中，如電機(jī)轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)內(nèi)，電機(jī)的起動(dòng)方式為：如果最小響應(yīng)電流為CA相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則A相通正向電壓C相通負(fù)向電壓，如果最小響應(yīng)電流為AB相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則B相通正向電壓A相通負(fù)向電壓，如果最小響應(yīng)電流為BC相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則C相通正向電壓B相通負(fù)向電壓。所述步驟3中，如電機(jī)轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)內(nèi)，電機(jī)的起動(dòng)方式為：如果AB繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與BC繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則C相通正電壓A相通負(fù)電壓，如果BC繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與CA繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則A相通正電壓B相通負(fù)電壓，如果CA繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與AB繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則B相通正電壓C相通負(fù)電壓。所述扇區(qū)分為3個(gè)普通扇區(qū)及3個(gè)邊界扇區(qū)，所述普通扇區(qū)與邊界扇區(qū)依次間隔設(shè)置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1、無(wú)需增加額外電路，通過(guò)檢測(cè)響應(yīng)電流及設(shè)定閥值將轉(zhuǎn)子位置分為3個(gè)普通扇區(qū)和3個(gè)邊界扇區(qū)，方法簡(jiǎn)單可靠。2、通過(guò)普通扇區(qū)邊界扇區(qū)的導(dǎo)通策略能夠使得電機(jī)在任意位置能夠無(wú)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。3、該方法可移植性較好，同時(shí)適用于電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)及永磁雙凸極電機(jī)。附圖說(shuō)明圖1為雙凸極電機(jī)及其控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2為雙凸極電機(jī)三相自感隨位置變化曲線。圖3為本發(fā)明實(shí)施流程圖。圖4為AB相串聯(lián)注入檢測(cè)脈沖等效電路圖。圖5為不同電感下注入檢測(cè)脈沖的響應(yīng)電流變化曲線。圖6為雙凸極電機(jī)兩相繞組串聯(lián)自感隨位置變化曲線。圖7為轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)內(nèi)的流程圖。圖8為轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)時(shí)的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要包括：雙凸極電機(jī)、三相全橋逆變器、控制電路、采樣調(diào)理電路；雙凸極電機(jī)的運(yùn)行遵循“電感上升區(qū)通正電、下降區(qū)通負(fù)電”的原則，其相電感曲線與基本導(dǎo)通方法如圖2所示；本專利的實(shí)施流程圖如圖3所示。通過(guò)三相逆變器給AB、BC、CA繞組組合方式注入低壓檢測(cè)脈沖，通過(guò)比較響應(yīng)電流的大小關(guān)系判斷轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)或扇區(qū)邊界，根據(jù)相應(yīng)的導(dǎo)通策略相啟動(dòng)電機(jī)。具體實(shí)施步驟如下：步驟1、在雙凸極電機(jī)停止時(shí)，依次對(duì)電機(jī)的A、B、C三相中的任意兩相輸入幅值、時(shí)間均相等的檢測(cè)脈沖，并且在脈沖結(jié)束時(shí)刻采集相應(yīng)兩相的響應(yīng)電流，獲取對(duì)應(yīng)的三個(gè)響應(yīng)電流，分別為AB相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流、BC相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流、CA相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流；具體控制過(guò)程如下：通過(guò)三相逆變器對(duì)AB、BC、CA繞組組合方式注入幅值為Udc、時(shí)間為t0的低壓檢測(cè)脈沖，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)脈沖結(jié)束時(shí)的響應(yīng)電流。(1)如圖1所示，控制器開(kāi)通Q1、Q4，對(duì)AB繞組組合注入檢測(cè)脈沖，在檢測(cè)脈沖結(jié)束時(shí)刻檢測(cè)電流響應(yīng)IAB；(2)控制器開(kāi)通Q3、Q6，對(duì)BC繞組組合注入檢測(cè)脈沖，在檢測(cè)脈沖結(jié)束時(shí)刻檢測(cè)電流響應(yīng)IBC；(3)控制器開(kāi)通Q5、Q2，對(duì)CA繞組組合注入檢測(cè)脈沖，在檢測(cè)脈沖結(jié)束時(shí)刻檢測(cè)電流響應(yīng)ICA。AB相注入檢測(cè)脈沖等效電路如圖4所示，其電流響應(yīng)為同理可得BC相、CA相電流響應(yīng)分別為其中R為相繞組內(nèi)阻，τ1、τ2、τ3為時(shí)間常數(shù)，步驟2、劃分扇區(qū)，比較三個(gè)響應(yīng)電流，判斷三個(gè)響應(yīng)電流的大小，根據(jù)三個(gè)響應(yīng)電流之間的差值與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果定義電機(jī)轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)的類型及排序，其中扇區(qū)的類型分為普通扇區(qū)和邊界扇區(qū)；所述扇區(qū)分為3個(gè)普通扇區(qū)及3個(gè)邊界扇區(qū)，所述普通扇區(qū)與邊界扇區(qū)依次間隔設(shè)置。首先，比較三個(gè)響應(yīng)電流，若三個(gè)響應(yīng)電流中兩兩響應(yīng)電流之差均大于或等于設(shè)定閥值，則定義此時(shí)轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)為普通扇區(qū)；若存在任意兩響應(yīng)電流的差值小于設(shè)定閥值，且第三個(gè)響應(yīng)電流大于該任意兩響應(yīng)電流，則定義此時(shí)轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)；否則，視為檢測(cè)錯(cuò)誤，重新執(zhí)行步驟1?？紤]電流檢測(cè)精度，設(shè)定閥值ε，如果響應(yīng)電流大小的差值小于此閥值，則認(rèn)為此時(shí)不能判斷響應(yīng)電流的大小關(guān)系。如圖5所示，根據(jù)電感越大、時(shí)間常數(shù)越大、電流上升越慢、脈沖結(jié)束時(shí)響應(yīng)電流越小的原理，通過(guò)比較脈沖結(jié)束時(shí)響應(yīng)電流的大小關(guān)系確定轉(zhuǎn)子所在位置。如果能比較出最小響應(yīng)電流，即最小響應(yīng)電流與其他響應(yīng)電流差值大于ε，則此時(shí)轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)內(nèi)，以轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)的啟動(dòng)方法啟動(dòng)電機(jī)。步驟3、根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)類型及三相響應(yīng)電流的關(guān)系，確定電機(jī)的起動(dòng)方式。若電機(jī)處于普通扇區(qū)內(nèi)，按流程圖7起動(dòng)電機(jī)，如果最小響應(yīng)電流為CA相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則A相通正向電壓C相通負(fù)向電壓，如果最小響應(yīng)電流為AB相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則B相通正向電壓A相通負(fù)向電壓，如果最小響應(yīng)電流為BC相繞組串聯(lián)時(shí)的響應(yīng)電流，則C相通正向電壓B相通負(fù)向電壓。所述步驟3中，如電機(jī)轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)內(nèi)，按流程圖8起動(dòng)電機(jī)，起動(dòng)方式為：如果AB繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與BC繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則C相通正電壓A相通負(fù)電壓，如果BC繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與CA繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則A相通正電壓B相通負(fù)電壓，如果CA繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流與AB繞組串聯(lián)的響應(yīng)電流差值小于設(shè)定閥值，則B相通正電壓C相通負(fù)電壓。具體實(shí)施例如下：以IAB最小為例，當(dāng)響應(yīng)電流滿足條件：IBC-IAB＞ε、ICA-IAB＞ε，根據(jù)圖6可以判斷出轉(zhuǎn)子處于扇區(qū)2中，根據(jù)雙凸極電機(jī)“電感上升區(qū)通正電，下降區(qū)通負(fù)電”的原則，如圖1所示，此時(shí)開(kāi)通開(kāi)關(guān)管Q3和Q2，B相通入正電壓，A相通入負(fù)電壓，能夠順利啟動(dòng)電機(jī)。當(dāng)IBC、ICA最小時(shí)有類似的啟動(dòng)方法，具體響應(yīng)電流與導(dǎo)通方法關(guān)系如表1所示。表1轉(zhuǎn)子位于普通扇區(qū)時(shí)的啟動(dòng)策略響應(yīng)電流最小相響應(yīng)電流關(guān)系轉(zhuǎn)子所在位置導(dǎo)通策略導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管ICAIAB-ICA＞ε、IBC-ICA＞ε普通扇區(qū)1A+C-Q1、Q6IABIBC-IAB＞ε、ICA-IAB＞ε普通扇區(qū)2B+A-Q3、Q2IBCIAB-IBC＞ε、ICA-IBC＞ε普通扇區(qū)3C+B-Q5、Q4如果不能比較出最小響應(yīng)電流，即較小響應(yīng)電流的差值小于ε，此時(shí)轉(zhuǎn)子處于扇區(qū)邊界處，如果按照步驟4的導(dǎo)通策略，可能導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)失敗。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)子實(shí)際位于扇區(qū)1內(nèi)但很接近扇區(qū)2時(shí)，如果判斷出轉(zhuǎn)子位于扇區(qū)2，導(dǎo)通B+A-，根據(jù)雙凸極電機(jī)相轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：式(4)中iP(P＝A、B、C)為電樞電流、LP和LPf分別為相繞組自感、相繞組與勵(lì)磁繞組之間的互感。若此時(shí)導(dǎo)通B+A-，根據(jù)式(4)，則相轉(zhuǎn)矩TB＝0、TA＜0，合成轉(zhuǎn)矩TA+TB＜0，電機(jī)反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)失敗?？紤]到轉(zhuǎn)子可能位于扇區(qū)邊界處，本發(fā)明專利提供了一種考慮轉(zhuǎn)子位于扇區(qū)邊界處時(shí)的導(dǎo)通策略。當(dāng)轉(zhuǎn)子位于圖6所示的邊界扇區(qū)時(shí)，以轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)2為例，則此時(shí)響應(yīng)電流IBC最大，IAB與ICA差值小于設(shè)定閥值ε，即響應(yīng)電流滿足關(guān)系IBC-IAB＞ε、IBC-ICA＞ε、|ICA-IAB|＜ε。此時(shí)不能準(zhǔn)確判斷出轉(zhuǎn)子所在的準(zhǔn)確扇區(qū)，但可判斷出轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)2處，如圖1所示，此時(shí)開(kāi)通Q3、Q6，給B相通入正電，C相通入負(fù)電，根據(jù)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式(4)，若轉(zhuǎn)子實(shí)際處于扇區(qū)1，則TB＝0、TC＞0，合成轉(zhuǎn)矩TB+TC＞0；若處于扇區(qū)2，則TB＞0、TC＝0，合成轉(zhuǎn)矩TB+TC＞0?？梢钥闯鲈谶吔缟葏^(qū)2時(shí)，導(dǎo)通B+C-能產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)順利啟動(dòng)。位于其他邊界扇區(qū)時(shí)有類似的導(dǎo)通策略，其具體響應(yīng)電流與導(dǎo)通策略如表2所示。表2轉(zhuǎn)子位于邊界扇區(qū)時(shí)啟動(dòng)策略響應(yīng)電流關(guān)系轉(zhuǎn)子所在位置導(dǎo)通相導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管IBC-IAB＞ε、IBC-ICA＞ε、|ICA-IAB|＜ε邊界扇區(qū)2B+C-Q3、Q6ICA-IAB＞ε、ICA-IBC＞ε、|IAB-IBC|＜ε邊界扇區(qū)3C+A-Q5、Q2IAB-IBC＞ε、IAB-ICA＞ε、|IBC-ICA|＜ε邊界扇區(qū)1A+B-Q1、Q4