[发明专利]基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机的优化控制方法

说明书

本发明揭示了一种基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机的优化控制方法，适用于宽转子无轴承开关磁阻电机，方案在传统高频脉冲注入法的基础上，改进脉冲注入的方式，在每一个脉冲注入之前先让绕组续流特定时间，利用这段续流时间对绕组电流进行检测，待绕组中电流下降到零再对绕组进行高频脉冲注入，以此来保证脉冲响应电流不出现异常状态，使得对电机内部转子的位置检测更加合理，换相更为准确。

技术领域

本发明涉及一种电机的控制方法，具体为一种基于高频脉冲注入的宽转子齿无轴承开关磁阻电机的优化控制方法。

背景技术

无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor，BSRM)是自20世纪90年代发展起来的一种新型磁悬浮电机。无轴承开关磁阻电机集旋转与悬浮两功能于一体,避免了传统电机使用过程中的机械轴承磨损，使得其使用寿命大幅延长；同时无轴承开关磁阻电机还解决了以往磁悬浮电机轴向利用率低、体积大、功率密度低等一系列问题。再加上结构简单、坚固，工作可靠，受到了业界的广泛关注，而宽转子齿无轴承开关磁阻电机通过增加转子极弧宽度，构造出类似于磁轴承的电感平顶区，采用双相导通策略，在结构上实现了悬浮力与转矩的解耦。

对于宽转子齿无轴承开关磁阻电机而言，准确的转子位置检测是保证其可靠运行的重要环节。传统的转子位置检测方案为光敏式、磁敏式及接近开关等含机械硬件的检测方案,但这些方案对于位置传感器的引入会使电机结构变得复杂、安装调试困难,且受到传感器自身分辨率的限制,上述方案这不仅增加了其调速系统结构的复杂性,也增加了系统成本和潜在的不稳定性。为此,不依赖于位置传感器的设置实现对宽转子齿无轴承开关磁阻电机的调速控制也就成为了现阶段的研究重点。

目前针对宽转子齿无轴承开关磁阻电机在低速运行阶段的特性，研究者主要通过在非导通区注入高频脉冲的方式产生响应电流，并利用该响应电流获取不饱和电感信息的方式实现对其内部转子位置的估计。但由于磁路饱和等原因会导致判断的角度发生偏移且出现响应电流异常等情况。此外由于电机内部三相相电流变化较大，使得其内部气隙磁饱和程度无法控制，也会导致换相点位置检测产生误差，影响对电机整体的控制。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机的优化控制方法，具体如下。

一种基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机的优化控制方法，适用于宽转子无轴承开关磁阻电机，方法涵盖电机启动及低速运行两个过程；

在电机启动过程中，方法包含如下步骤：

S1、在无轴承开关磁阻电机静止状态下，向电机三相注入高频脉冲，采样三相电流大小获取电流峰值、分别记为I_pkA、I_pkB、I_pkC；

S2、依据S1中所采样三相电流大小获取电流峰值，结合采样的电压信号U_k，分别计算得到三相电感L_A、L_B、L_C；

S3、根据S2中计算所得的三相电感大小，判断电机转子所处位置区间及初始励磁相；

在电机低速运行过程中，方法包含如下步骤：

S4、依据S3中的判断结果向电机单向注入高频脉冲，比较被注入高频脉冲相的电流峰值和预设电流阈值I_threshold的大小并执行对应控制操作。

优选地，S1中所述高频脉冲的范围为100KHz～200KHz。

优选地，S2中所述计算得到三相电感L_A、L_B、L_C，计算公式分别为，