一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法及裝置，其中方法包括步驟：初始化、滯環(huán)斬波PWM控制、獲取極對(duì)極時(shí)刻、開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算以及開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)；裝置包括：初始化模塊、滯環(huán)斬波PWM控制模塊、獲取極對(duì)極時(shí)刻模塊、開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊以及開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)模塊。本發(fā)明對(duì)低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)精度高，并且算法簡(jiǎn)單，不需要增加硬件，通用性強(qiáng)。
【專利說明】一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法及裝置，尤其是一種用于無位 置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，而開關(guān)磁阻電機(jī)的 位置估計(jì)過程包括三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)階段、低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段和高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段。啟動(dòng)階段需要獲得 開關(guān)磁阻的初始位置，該位置的獲取有專門的方法；低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段需要獲得轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置， 這正是本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題；高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段也需要獲得轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，該位置也有 其他的專門檢測(cè)方法。現(xiàn)有的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM)、功率變換 器、控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器四大部分組成，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的獲取主要 采用直接位置檢測(cè)方法，該方法是在電機(jī)中專門增設(shè)一個(gè)位置傳感器得到位置信號(hào)，典型 的有電磁式、光電式、磁敏式等，其中光電傳感器應(yīng)用最廣泛，但這些傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不僅增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性和增加了 成本，制約了開關(guān)磁阻電機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別在高溫、灰塵等惡劣環(huán)境下，位置傳感器又容 易出現(xiàn)故障，這又限制了電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了克服開關(guān)磁阻電機(jī)這一弊端，探索一種算法 簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、又高可靠性的無位置傳感器技術(shù)具有十分重要的實(shí)際意義。
[0003] 近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，提出 一系列的位置估計(jì)算法，主要有脈沖注入法、磁鏈/電流法、智能擬合算法、電感模型法以 及非導(dǎo)通相電流波形檢測(cè)、調(diào)制技術(shù)等，這些方法是利用電機(jī)固有的電、磁等與轉(zhuǎn)子位置相 關(guān)的信息間接估計(jì)位置信號(hào)，但由于算法模型本身設(shè)計(jì)的局限性，每種方法都存在其適應(yīng) 范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，目前還不能應(yīng)用到工程系統(tǒng)中，不過隨著智能控制、數(shù)字信號(hào)處理、電力電 子等技術(shù)的高速發(fā)展，復(fù)雜控制算法和高精度的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法得以實(shí)現(xiàn)途徑可能變?yōu)?現(xiàn)實(shí)。
[0004] 其中，根據(jù)電流波形、磁鏈特性估計(jì)具有換相功能的特征位置，以獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位 置信號(hào)的方法得到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者的研究，分別提出了簡(jiǎn)化磁鏈法和電流梯度法。前者是 選定電感最大位置作為換相時(shí)刻的特征位置，通過實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈與特征位置磁鏈比較得實(shí) 現(xiàn)換相，但需要測(cè)量電機(jī)的電磁特性曲線，離線測(cè)量過程復(fù)雜，測(cè)量的精度不高，影響位置 估計(jì)的精度。后者在定轉(zhuǎn)子極對(duì)極開始重合之前，電流梯度大于零，而在定轉(zhuǎn)子極對(duì)極開始 重合之后，由于反電動(dòng)勢(shì)的存在，使電流梯度小于零，所以根據(jù)電流梯度過零，估計(jì)定轉(zhuǎn)子 極對(duì)極開始重合的特征位置，該方法雖然不需要電機(jī)精確的數(shù)學(xué)模型，但相電流檢測(cè)過程 中需要增加濾波調(diào)理電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的無位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)階 段的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法中簡(jiǎn)化磁鏈法需要離線測(cè)量電磁特性，離線測(cè)量過程復(fù)雜，測(cè)量精 度不高；電流梯度法則需要額外增加相電流檢測(cè)的濾波調(diào)理電路。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估 計(jì)方法，開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)包括采集開關(guān)磁阻電機(jī)電流信號(hào)的信號(hào)采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)開 關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率變換器以及對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理并控制功率變換器的微處理器，轉(zhuǎn) 子位置估計(jì)方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1，初始化，設(shè)定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Ai ;
[0008] 步驟2,滯環(huán)斬波PWM控制，讀取信號(hào)采樣調(diào)理電路采集的實(shí)時(shí)電流信號(hào)，將實(shí)時(shí) 電流信號(hào)減去限定電流得電流變化量，若電流變化量> Ai，則關(guān)閉滯環(huán)斬波PWM，向功 率變換器發(fā)送關(guān)斷開關(guān)管信號(hào)，若電流變化量<-△ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器 發(fā)送導(dǎo)通開關(guān)管信號(hào)；
[0009] 步驟3,獲取極對(duì)極時(shí)刻，記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時(shí)間，若開通時(shí)間 在某時(shí)刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時(shí)刻即為開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的極對(duì)極時(shí) 刻；
[0010] 步驟4,開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算，記錄相鄰兩次極對(duì)極時(shí)刻，并計(jì)算兩次極對(duì)極時(shí) 刻的時(shí)間差△〖，再根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子相鄰兩極的角度差△ Θ計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn) 子的角速度

【權(quán)利要求】
1. 一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，所述開關(guān)磁阻電機(jī) 系統(tǒng)包括采集開關(guān)磁阻電機(jī)電流信號(hào)的信號(hào)采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率 變換器以及對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理并控制功率變換器的微處理器，所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法包 括如下步驟： 步驟1，初始化，設(shè)定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Λ i ; 步驟2,滯環(huán)斬波PWM控制，讀取信號(hào)采樣調(diào)理電路采集的實(shí)時(shí)電流信號(hào)，將實(shí)時(shí)電流 信號(hào)減去限定電流Γ得電流變化量，若電流變化量> △ i，則關(guān)閉滯環(huán)斬波PWM，向功率變 換器發(fā)送關(guān)斷開關(guān)管信號(hào)，若電流變化量<_ Λ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器發(fā)送 導(dǎo)通開關(guān)管信號(hào)； 步驟3,獲取極對(duì)極時(shí)刻，記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時(shí)間，若開通時(shí)間在某 時(shí)刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時(shí)刻即為開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的極對(duì)極時(shí)刻； 步驟4,開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算，記錄相鄰兩次極對(duì)極時(shí)刻，并計(jì)算兩次極對(duì)極時(shí)刻的 時(shí)間差A(yù)t，再根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子相鄰兩極的角度差△ Θ計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的 角速度-- ^ (deg/ .s')； At 步驟5,開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的角速度ω以及估計(jì)時(shí)間間 隔ΛΤ計(jì)算出開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)時(shí)間間隔后相對(duì)于極對(duì)極位置轉(zhuǎn)過角度為Θ =ω Λ Τ〇
2. -種用于開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)裝置，其特征在于，所述開關(guān)磁阻電機(jī) 系統(tǒng)包括采集開關(guān)磁阻電機(jī)電流信號(hào)的信號(hào)采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率 變換器以及對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理并控制功率變換器的微處理器，所述微處理器包括如下模 塊： 初始化模塊，用于設(shè)定電流滯環(huán)的限定電流值為Γ以及環(huán)寬為2Ai ; 滯環(huán)斬波PWM控制模塊，用于讀取信號(hào)采樣調(diào)理電路采集的實(shí)時(shí)電流信號(hào)，將實(shí)時(shí)電 流信號(hào)減去限定電流Γ得電流變化量，若電流變化量> △ i，則關(guān)閉滯環(huán)斬波PWM，向功率 變換器發(fā)送關(guān)斷開關(guān)管信號(hào)，若電流變化量<_△ i，則開通滯環(huán)斬波PWM，向功率變換器發(fā) 送導(dǎo)通開關(guān)管信號(hào)； 獲取極對(duì)極時(shí)刻模塊，用于記錄并分析滯環(huán)斬波PWM每次的開通時(shí)間，若開通時(shí)間在 某時(shí)刻由連續(xù)增大變?yōu)檫B續(xù)減小，則該時(shí)刻即為開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的極對(duì)極時(shí) 刻； 開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，用于記錄相鄰兩次極對(duì)極時(shí)刻，并計(jì)算兩次極對(duì)極時(shí)刻 的時(shí)間差A(yù)t，再根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子相鄰兩極的角度差△ Θ計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子 的角速度? = 了(deg/'? ; At 開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)模塊，用于根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的角速度ω以及估計(jì)時(shí)間 間隔ΛΤ計(jì)算出開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)時(shí)間間隔后相對(duì)于極對(duì)極位置轉(zhuǎn)過角度為 θ = ω Δ Τ〇
【文檔編號(hào)】H02P6/18GK104242748SQ201410525610
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】張磊, 徐開軍, 張漢年 申請(qǐng)人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院