[发明专利]一种基于线性磁链模型和线性回归分析的SRM位置预估方法

说明书

本发明公开了一种基于线性磁链模型和线性回归分析的SRM位置预估方法。该方法只需线性区内任意两个转子位置处的磁链特性数据，从而得到线性区两个端点处的磁链值，并作为参考。检测导通相电压、电流值，计算得到磁链值。若该值位于两个参考磁链值之间，表明转子位置位于线性区，则运用线性磁链模型进行位置预估。否则，表明转子位置位于非线性区，在假设短时间内电机转速恒定的前提下，对线性区位置数据及采样序号进行线性回归分析，进而用于对非线性区转子位置的预估。如需进一步减小单相预估中的累积误差，可采用多相磁链特性代替单相磁链特性进行位置预估。该方法精度高、易于实现、适用性好，且能够避免或降低相间互感和磁路饱和的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于线性磁链模型和线性回归分析的开关磁阻电机(SRM)精确位置预估方法，属于电机无位置传感器控制领域。

背景技术

位置信息是开关磁阻电机运行的基础。通常，位置信息由机械位置传感器获得，如旋转变压器、霍尔传感器、光电编码器等。然而，这些机械位置传感器不但增加了驱动系统的成本和复杂度，而且它们的精度和可靠性易受温度、粉尘和震动等环境因素的影响。因此，研究低成本、高精度、高可靠性的无位置传感器控制方法是非常有必要的。

为了实现无位置传感器控制，研究者提出了大量的位置预估方法。这些方法主要分为两类：一类是非导通相位置预估方法，一类是导通相位置预估方法。

第一类方法主要通过给非励磁相注入高频电压脉冲，检测电流的幅值或上升时间来确定不饱和区域的电感值，进而得到转子位置值或所在区域。该类方法的缺点是：当其他相有电流时，脉冲注入相的电流可能受到其他相互感作用的影响；非导通相注入脉冲电流可能产生负转矩；此外，高速时，励磁电流波形占整个相周期的主要部分，限制了脉冲注入的时间。故该类方法只适用于起动和低速工况。

第二类方法主要根据测量得到的励磁相电压、电流值，通过查询表、数学模型、观测器或智能算法等估计转子位置。该类方法优势在于既不产生额外的功率损耗，又不需要附加硬件。但现有导通相位置预估法大多需要全部或很多转子位置处的磁链特性数据，加大了数据获取及处理的难度和工作量，且往往需要大的存储空间。另外，该类方法的预估精度易于受到相间互感和磁场饱和的影响。

发明内容

本发明将开关磁阻电机相磁链与转子位置的关系曲线划分为两个区域，并针对不同区域分别采用线性磁链模型与线性回归分析进行转子位置预估。技术方案如下：

步骤一：在开关磁阻电机相磁链与转子位置的关系曲线中，将区间[θ₁,θ_hr]定义为线性区，剩余区间为非线性区。θ₁和θ_hr可由式(1)和(2)得到。

θ₁＝θ_a-(β_s+β_r)/2 (1)

θ_hr＝θ_a-β_r/2 (2)

其中，θ_a、β_s和β_r分别为电机的对齐位置、定子极弧和转子极弧。

获取线性区内任意两个转子位置θ_x和θ_y处的磁链特性数据ψ_x和ψ_y，通过式(3) 获得线性区两个端点处的磁链特性，其中，ψ为相磁链，θ为转子位置，同时通过拟合得到端点处相磁链与相电流的解析表达式。

步骤二：检测导通相电压、电流值，利用上一步得到的磁链与相电流的解析表达式，获取此时线性区端点处的磁链值ψ₁和ψ_hr，并设定为参考磁链。

利用式(4)计算得到此时的相磁链值。