[发明专利]一种开关磁阻电机无位置传感器的转子位置估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种转子位置估计方法，特别是涉及一种适合高速超高速的开关磁阻电机无位置传感器的转子位置估计方法，属于开关磁阻电机检测控制技术领域。

背景技术

开关磁阻电机因其具备结构简单、坚固等特点，适于高速运行和恶劣的工作环境，在航空航天、电动汽车、船舶、分布式电源系统等诸多场合具有良好的应用前景。然而，要保证电机高性能控制，获取准确的转子位置信息是前提。但传统的光电式、电磁式以及磁敏式等位置或转速传感器的引入不仅会增加系统的成本和复杂度，而且降低了系统的可靠性和环境适应性，也就限制了开关磁阻电机的应用范围。

就开关磁阻电机的中、高速运行而言，磁链/电流法、电感模型法、电流梯度法、观测器法等无位置传感器方法一直是国内外学者最为关注的方法。

其中，磁链/电流法和电感模型法的研究最为广泛，它们的基本思想都是基于电机的相磁链或相电感与相电流、转子位置角呈非线性关系的特点，通过检测导通相的相电流和相电压来间接估计转子位置信息；该方法将磁链-电流-位置角数据以三维表的形式存储，通过实时估计绕组磁链与相电流一起查表得到转子位置信息。另一方面，也可以利用绕组电流查表得到换相位置下对应的参考磁链，比较实时磁链与换相参考磁链的大小即可判断换相位置；该方法虽然不需要额外添加硬件，但由于要存储并查询复杂的三维表，使得算法较为复杂，占用软硬件资源大，计算时间长，必然会限制位置估计适用的转速范围。另外，三维表的建立局限于离线测量或有限元计算，建表过程复杂，无法考虑电机动态性能，因此该算法通用性较差。

根据磁链/电流法的基本思想，利用磁链特性来获取转子位置信号的问题，可以等效于一个双输入单输出的非线性逼近问题，近十年来，许多学者对模糊逻辑、神经网络在开关磁阻电机无位置传感器技术中的应用进行了可行性研究。这些智能算法的引入虽然可以有效解决开关磁阻电机非线性建模问题，但是模糊规则的准确建立要受到实际经验的限制，而神经网络则需要大量训练数据和训练时间，因此算法实时运行性能要求较高。

为避免三维查表，在磁链电流法基础上，有学者提出了一种简化磁链法，但该方法只能工作在单相轮流导通模式，因此具有一定的局限性。在简化磁链法的基础上又提出了一种开关角可调的无位置传感器控制方法，该方法拓宽了简化磁链法的应用范围，但由于对参考磁链系数的选择并不精确，因此并不能保证高精度的位置检测要求。为避免查表等内存占用环节，有学者提出了一种基于二阶傅立叶级数的电感模型，利用电压方程便可解算出转子位置信息；该方法无需外加硬件，也无需建立复杂表格，但位置估计的精度仍然依赖于建模的精度。

为实现电机高速运行G.Gallegos-Lopez等人提出了一种基于相电流梯度法的开关磁阻电机无位置传感器技术；该方法通过检测相电流梯度的过零信号来估计定转子齿极开始重合的位置点信号，其优点在于无需预知电机的电磁特性数据和精确开关磁阻电机数学模型。但研究结果表明，相电流梯度法必须满足导通相电感上升区的反电势大于绕组两端电压这一条件，同时由于增加了一些信号调理电路，增加了系统的复杂度。采用相电感斜率过零与相电流斜率过零相结合的方法可以有效避免电流梯度法存在的问题，但是前提必须满足绕组电流是严格的单脉冲波形，电流波形的抖动或者电流斜率计算的不稳定，都可能估计出错误的位置检测脉冲，因此限制了电流梯度法的应用范围。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种开关磁阻电机无位置传感器的转子位置估计方法，特别适用于高速、超高速运行状态下的开关磁阻电机无位置传感器快速、高精度估计转子位置。

本发明所要解决的技术问题是提供在高转速运行模式下精确快速地实现转子位置实时估计的开关磁阻电机无位置传感器的转子位置估计方法，不仅能满足开关磁阻电机高速、超高速运行时对无位置传感器位置估计速度、精度以及适应多控制方式的要求，而且可提高开关磁阻电机的系统可靠性和环境适应性，能适应高温、高速及油污等恶劣运行环境，非常适合航空起动发电机、高速主轴电机等对开关磁阻电机运行可靠性要求特别高、且需要工作在高温高转速条件下的应用场合。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种开关磁阻电机无位置传感器的转子位置估计方法，包括以下步骤：

1)得到相电感斜率过零脉冲；

实时检测导通相电感值，并在控制器中实时计算出对应的电感斜率值而获得相电感斜率；对大于零的电感斜率值、则输出位置脉冲为高电平，对等于零和负向过零的电感斜率值、则将位置脉冲高电平拉低为低电平，从而得到一组相电感斜率过零脉冲；