[发明专利]一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于开关磁阻电机无位置传感控制领域，特别涉及一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单、工作可靠、容错性能好、成本低及控制灵活等优点，因而备受学术界的关注。目前开关磁阻电机在航空工业、机车牵引、矿山掘进和家用电器等领域得到了广泛的应用，显示了其潜在的优势和良好的市场前景。

对于开关磁阻电机驱动系统而言，能够实时而准确地获得转子的位置信息是保证电机可靠运行和高性能控制的必要前提。目前普遍采用外装光电式或磁敏式等位置检测器。外加机械式位置传感器额外增加了电机的体积和加工的复杂性，大大降低了开关磁阻电机结构简单的优势以及电机工作时的可靠性，尤其限制了开关磁阻电机在一些高温、高速及油污等苛刻环境下的使用。因此，探索实用的间接位置检测方案具有十分重要的研究价值。近20年来，各国学者针对这一问题进行了大量的研究，提出了多种无位置技术方案。典型方法有脉冲注入法、基于调制编码技术、基于电流波形监测方案、互感电压方案、磁链/电流法和观测器方案、以及基于电感模型，探测线圈技术和基于模糊神经网络控制的方案等。

以上提出的无位置传感器控制技术都有各自的运行条件和适用范围，各有其优缺点。传统应用于中高速开关磁阻电机无位置传感器的方法主要有磁链/电流法，基于电感模型的方法。这些方法主要是基于电机的磁链或电感的特性曲线，利用磁链或电感与电流、转子位置三者之间的非线性关系，建立三维表或者磁链、电感的非线性模型去获得转子位置的信息。这些方法虽然经典实用，但是考虑到开关磁阻电机饱和的情况，使用这些方法以前需要对不同电流下，各转子位置的磁链或电感特性进行精确测量。测量这些数据相当繁琐，利用这些数据建立的三维表很庞大，占用数字控制器内存，而且建立的非线性模型也相当复杂，对数字控制器的实时性和计算功能要求很高。为了简化算法，方便控制，又有一些算法提出直接设置磁链或电感的阈值去获得电机的换相信号，实现无位置传感器控制。这种方法只需少量的静态测量，控制简单、易于实现，但却不能准确估算出转子位置，降低了检测精度。

基于前述种种分析，本发明人对现有的无位置传感器控制方法进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其简单且易于实现，在电机饱和与不饱和的情况下都能准确估算出转子位置，实现开通角、关断角可调。

为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，包括如下步骤：

(1)在单脉宽运行模式下，确定运动反电势曲线与变压器电势曲线在电感线性上升之前的底部区域中的交点；

(2)利用电感模型拟合电感线性上升之前的底部区域的电感曲线，并根据该电感模型求解步骤(1)中所述运动反电势曲线与变压器电势曲线交点所对应的转子位置的理论值；

(3)在电机的每个控制周期中都能检测到一次运动反电势曲线与变压器电势曲线的交点位置，两次检测到交点位置之间的时间差为Δt，计算所述开关磁阻电机的实时转速根据所述特定转子位置和实时转速ω估算出转子的任意位置θ＝θ^*+ω(t-t^*)，依据转子的位置信息给出功率变换器的驱动信号驱动电机实现正常运行及开通角，关断角可调控制；其中，Δθ为两次检测到交点位置之间的角度差，t^*为检测得到交点位置θ^*的时刻点，t为所求任意位置θ的时刻点。

上述步骤(2)中，电感线性上升之前的底部区域的电感曲线的电感模型表达式是：