CN105958872B - 一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法 - Google Patents

一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法，属于电机驱动技术领域。其技术特征在于：用测试电路实测开关磁阻电机各相磁链，由六条特殊转子位置的磁链‑电流特性曲线，即θr/8转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr/8、θr/4转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr/4、3θr/8转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr3/8、5θr/8转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr5/8、3θr/4转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr3/4、7θr/8转子位置的磁链‑电流特性曲线ψθr7/8，确定转子位置，依序开通、关断各相，实施正向和反向起动、低速正向电动和制动运行、低速反向电动和制动运行、中高速正向电动和制动运行、中高速反向电动和制动运行，无需转子位置传感器，实现四相开关磁阻电机四象限控制，具有良好工程应用价值。

Description

一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法
技术领域
本发明涉及一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法，尤其是一种适用于多种结构的四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法。
背景技术
开关磁阻电机为自同步电机，需要获取转子位置信息确定电机的关断相和导通相，使电机连续运转。位置传感器的安装增加了系统的体积和成本，同时降低了开关磁阻电机的可靠性，因此有必要实现开关磁阻电机无位置传感器控制。现有的开关磁阻电机无位置传感器控制方法主要有：1.电流波形法，但只限于电流斩波控制方式，不适合高速段使用，不能检测转子初始位置；2.脉冲注入法，不适合在高速下运行；3.调制解调法，增加了调制解调电路，电路对绕组的接入和分离操作增加了复杂度；也不适合在高速段运行；4.互感法，对导通相控制方式有限制，只适合低速条件下运行，需存储电磁特性，抗干扰性差；5.电流梯度法，适用于中高速，不能实现自起动；6.磁链法，需要建立电机精确模型，存储空间占用较大、计算量大；7.电感法，检测精度依赖于电机静态模型，计算量大；8.观测器法，需要精度较高的电机模型和负载模型，对处理器要求很高；目前尚无适用于全转速范围的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，因此，有必要提出一种不需要增加外部硬件和存储空间，有自起动和四象限运行能力，调速范围宽，计算量小的四相开关磁阻电机无位置传感器控制方法。
发明内容
针对上述技术中存在问题，提供一种不需要增加外部硬件和存储空间，有自起动和四象限运行能力，调速范围宽，计算量小的四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法。
为实现上述技术目的，本发明的四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法。
通电相的定子极中心线和转子的槽中心线重合的位置是该相θ＝0°位置，θr是一个转子周期，有六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线，即θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8、θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4、3θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8、5θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8、3θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4、7θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8，θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8和7θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8一致，标记为ψL＝ψθr/8＝ψθr7/8，θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4和3θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4一致，标记为ψM＝ψθr/4＝ψθr3/4，3θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8和5θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8一致，标记为ψH＝ψθr3/8＝ψθr5/8；用上述六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线估测转子位置，用测试电路实测开关磁阻电机各相磁链，用其特征在于。
1)各相的一个转子周期划分为四个区域I、II、III、IV，当实测磁链ψ>ψH时，转子处于区域I，当实测磁链ψM<ψ<ψH时，转子处于区域II，当实测磁链ψL<ψ<ψM时，转子处于区域III，当实测磁链ψ<ψL时，转子处于区域IV。
2)以C相转子位置为参考将一个转子周期分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧八个子区域，C相转子位置0°至θr/8是子区域①，C相转子位置θr/8至θr/4是子区域②，C相转子位置θr/4至3θr/8是子区域③，C相转子位置3θr/8至θr/2是子区域④，C相转子位置θr/2至5θr/8是子区域⑤，C相转子位置5θr/8至3θr/4是子区域⑥；C相转子位置3θr/4至是7θr/8子区域⑦；C相转子位置7θr/8至θr是子区域⑧。
3)子区域①和⑧处于A相区域I，子区域②和⑦处于A相区域II，子区域③和⑥处于A相区域III，子区域④和⑤处于A相区域IV；子区域②和③处于B相区域I，子区域①和④处于B相区域II，子区域⑤和⑧处于B相区域III；子区域⑥和⑦处于B相区域IV；子区域④和⑤处于C相区域I，子区域③和⑥处于C相区域II，子区域②和⑦处于C相区域III，子区域①和⑧处于C相区域IV；子区域⑥和⑦处于D相区域I，子区域⑤和⑧处于D相区域II，子区域①和④处于D相区域III，子区域②和③处于D相区域IV。
4)转子位置确定：实测开关磁阻电机各相磁链，当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψL<ψD<ψM，开关磁阻电机转子处于子区域①；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域②；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域③；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψL<ψD<ψM开关磁阻电机转子处于子区域④；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑤；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑥；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑦；当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑧。
5)正向起动时，当转子位置处于子区域①，开通B相和C相；当转子位置处于子区域②，开通B相和C相；当转子位置处于子区域③，开通C相和D相；当转子位置处于子区域④，开通C相和D相；当转子位置处于子区域⑤，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑥，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑦，开通A相和B相；当转子位置处于子区域⑧，开通A相和B相。
6)反向起动时，当转子位置处于子区域⑧，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑦，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑥，开通C相和B相；当转子位置处于子区域⑤，开通C相和B相；当转子位置处于子区域④，开通B相和A相；当转子位置处于子区域③，开通B相和A相；当转子位置处于子区域②，开通A相和D相；当转子位置处于子区域①，开通A相和D相。
7)低速运行时采用两相空闲相作为检测相，第三相作为导通相：
7.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、D相为检测相，或B、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、A相为检测相，或C、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、B相为检测相，或D、A相作为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；
7.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦时，选择C相作为导通相，A、B相作为检测相，或D、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、D相作为检测相，或B、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、A相作为检测相，或C、D相作为检测相；
7.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、B相作为检测相，或D、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、C相作为检测相，或A、D相作为检测相；
7.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、B相为检测相，或D、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、C相为检测相，或A、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相。
8)中高速运行时采用一相空闲相作为检测相：
8.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；
8.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；
8.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；
8.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；
8.5)中高速运行时，在上述当前相开通基准位置基础上，延时0°至θr/8，开通当前相，在上述当前相关断基准位置基础上，提前θr/8至0°，关断当前相。
无需转子位置传感器，实现四相开关磁阻电机四象限控制。
有益效果：本发明对8/6结构、16/12结构等多种结构的四相开关磁阻电机系统，不需要外部机械固定装置，可以方便快速地测出六个特殊位置处的磁链-电流特性曲线，六个特殊位置处的磁链随转子位置变化率大、分辨率高，转子位置检测精度高，只需要确定六个特殊位置处的磁链-电流特性曲线，不需要存储整个开关磁阻电机的磁链模型，大大减少了控制器存储空间，计算量小，能依序开通、关断各相，实施正向和反向起动、低速正向电动和制动运行、低速反向电动和制动运行、中高速正向电动和制动运行、中高速反向电动和制动运行，有自起动和四象限运行能力，调速范围宽，不需要转子位置传感器，实现了四相开关磁阻电机全速段四象限无位置传感器控制运行，具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明的四相8/6结构开关磁阻电机截面示意图。
图2是本发明的磁链分区示意图。
图3是本发明的四相磁链波形示意图。
图4是本发明的四相16/12结构开关磁阻电机截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。
实施例一、以如图1所示四相8/6结构开关磁阻电机系统为例，C相的定子极中心线和转子的槽中心线重合的位置是C相θ＝0°位置，θr＝60°是一个转子周期，有六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线，即θr/8＝7.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8、θr/4＝15°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4、3θr/8＝22.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8、5θr/8＝37.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8、3θr/4＝45°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4、7θr/8＝52.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8，7.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8和52.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8一致，标记为ψL＝ψθr/8＝ψθr7/8，15°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4和45°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4一致，标记为ψM＝ψθr/4＝ψθr3/4，22.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8和37.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8一致，标记为ψH＝ψθr3/8＝ψθr5/8；用上述六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线估测转子位置，用测试电路实测开关磁阻电机各相磁链，用其特征在于。
1)如图2所示，各相的一个转子周期划分为四个区域I、II、III、IV，当实测磁链ψ>ψH时，转子处于区域I，当实测磁链ψM<ψ<ψH时，转子处于区域II，当实测磁链ψL<ψ<ψM时，转子处于区域III，当实测磁链ψ<ψL时，转子处于区域IV。
2)如图3所示，以C相转子位置为参考将一个转子周期分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧八个子区域，C相转子位置0°至θr/8＝7.5°是子区域①，C相转子位置θr/8＝7.5°至θr/4＝15°是子区域②，C相转子位置θr/4＝15°至3θr/8＝22.5°是子区域③，C相转子位置3θr/8＝22.5°至θr/2＝30°是子区域④，C相转子位置θr/2＝30°至5θr/8＝37.5°是子区域⑤，C相转子位置5θr/8＝37.5°至3θr/4＝45°是子区域⑥；C相转子位置3θr/4＝45°至是7θr/8＝52.5°子区域⑦；C相转子位置7θr/8＝52.5°至θr＝60°是子区域⑧。
3)如图2所示，子区域①和⑧处于A相区域I，子区域②和⑦处于A相区域II，子区域③和⑥处于A相区域III，子区域④和⑤处于A相区域IV；子区域②和③处于B相区域I，子区域①和④处于B相区域II，子区域⑤和⑧处于B相区域III；子区域⑥和⑦处于B相区域IV；子区域④和⑤处于C相区域I，子区域③和⑥处于C相区域II，子区域②和⑦处于C相区域III，子区域①和⑧处于C相区域IV；子区域⑥和⑦处于D相区域I，子区域⑤和⑧处于D相区域II，子区域①和④处于D相区域III，子区域②和③处于D相区域IV。
4)转子位置确定：实测开关磁阻电机各相磁链，当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψL<ψD<ψM，开关磁阻电机转子处于子区域①；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域②；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域③；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψL<ψD<ψM开关磁阻电机转子处于子区域④；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑤；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑥；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑦；当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑧；转子位置确定规则如表1所示。
5)正向起动时，当转子位置处于子区域①，开通B相和C相；当转子位置处于子区域②，开通B相和C相；当转子位置处于子区域③，开通C相和D相；当转子位置处于子区域④，开通C相和D相；当转子位置处于子区域⑤，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑥，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑦，开通A相和B相；当转子位置处于子区域⑧，开通A相和B相。
6)正向起动时，当转子位置处于子区域①，开通B相和C相；当转子位置处于子区域②，开通B相和C相；当转子位置处于子区域③，开通C相和D相；当转子位置处于子区域④，开通C相和D相；当转子位置处于子区域⑤，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑥，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑦，开通A相和B相；当转子位置处于子区域⑧，开通A相和B相。
表1转子位置确定规则
7)低速运行时采用两相空闲相作为检测相，第三相作为导通相，低速运行时检测相和导通相选择规则如表2所示：
7.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、D相为检测相，或B、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、A相为检测相，或C、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、B相为检测相，或D、A相作为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；
7.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦时，选择C相作为导通相，A、B相作为检测相，或D、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、D相作为检测相，或B、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、A相作为检测相，或C、D相作为检测相；
7.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、B相作为检测相，或D、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、C相作为检测相，或A、D相作为检测相；
7.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、B相为检测相，或D、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、C相为检测相，或A、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相。
表2低速运行时检测相和导通相选择规则
8)中高速运行时采用一相空闲相作为检测相：
8.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；
8.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；
8.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；
表3中高速正向运行时关断和导通相基准位置选择规则
4中高速反向运行时关断和导通相基准位置选择规则
8.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；
8.5)中高速运行时，在上述当前相开通基准位置基础上，延时0°至7.5°，开通当前相，在上述当前相关断基准位置基础上，提前7.5°至0°，关断当前相。
无需转子位置传感器，实现了三相12/8结构开关磁阻电机四象限控制。
实施例二、以如图4所示四相16/12结构开关磁阻电机系统为例，C相的定子极中心线和转子的槽中心线重合的位置是C相θ＝0°位置，θr＝30°是一个转子周期，有六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线，即θr/8＝3.75°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8、θr/4＝7.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4、3θr/8＝11.25°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8、5θr/8＝18.75°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8、3θr/4＝22.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4、7θr/8＝26.25°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8，3.75°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8和26.25°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8一致，标记为ψL＝ψθr/8＝ψθr7/8，7.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4和22.5°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4一致，标记为ψM＝ψθr/4＝ψθr3/4，11.25°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8和18.75°转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8一致，标记为ψH＝ψθr3/8＝ψθr5/8；用上述六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线估测转子位置，用测试电路实测开关磁阻电机各相磁链，用其特征在于。
1)如图2所示，各相的一个转子周期划分为四个区域I、II、III、IV，当实测磁链ψ>ψH时，转子处于区域I，当实测磁链ψM<ψ<ψH时，转子处于区域II，当实测磁链ψL<ψ<ψM时，转子处于区域III，当实测磁链ψ<ψL时，转子处于区域IV。
2)如图3所示，以C相转子位置为参考将一个转子周期分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧八个子区域，C相转子位置0°至θr/8＝3.75°是子区域①，C相转子位置θr/8＝3.75°至θr/4＝7.5°是子区域②，C相转子位置θr/4＝7.5°至3θr/8＝11.25°是子区域③，C相转子位置3θr/8＝11.25°至θr/2＝15°是子区域④，C相转子位置θr/2＝15°至5θr/8＝18.75°是子区域⑤，C相转子位置5θr/8＝18.75°至3θr/4＝22.5°是子区域⑥；C相转子位置3θr/4＝22.5°至是7θr/8＝26.25°子区域⑦；C相转子位置7θr/8＝26.25°至θr＝30°是子区域⑧。
3)如图2所示，子区域①和⑧处于A相区域I，子区域②和⑦处于A相区域II，子区域③和⑥处于A相区域III，子区域④和⑤处于A相区域IV；子区域②和③处于B相区域I，子区域①和④处于B相区域II，子区域⑤和⑧处于B相区域III；子区域⑥和⑦处于B相区域IV；子区域④和⑤处于C相区域I，子区域③和⑥处于C相区域II，子区域②和⑦处于C相区域III，子区域①和⑧处于C相区域IV；子区域⑥和⑦处于D相区域I，子区域⑤和⑧处于D相区域II，子区域①和④处于D相区域III，子区域②和③处于D相区域IV。
4)转子位置确定：实测开关磁阻电机各相磁链，当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψL<ψD<ψM，开关磁阻电机转子处于子区域①；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域②；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域③；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψL<ψD<ψM开关磁阻电机转子处于子区域④；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑤；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑥；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑦；当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑧；转子位置确定规则如表5所示。
表5转子位置确定规则
5)正向起动时，当转子位置处于子区域①，开通B相和C相；当转子位置处于子区域②，开通B相和C相；当转子位置处于子区域③，开通C相和D相；当转子位置处于子区域④，开通C相和D相；当转子位置处于子区域⑤，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑥，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑦，开通A相和B相；当转子位置处于子区域⑧，开通A相和B相。
6)反向起动时，当转子位置处于子区域⑧，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑦，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑥，开通C相和B相；当转子位置处于子区域⑤，开通C相和B相；当转子位置处于子区域④，开通B相和A相；当转子位置处于子区域③，开通B相和A相；当转子位置处于子区域②，开通A相和D相；当转子位置处于子区域①，开通A相和D相。
7)低速运行时采用两相空闲相作为检测相，第三相作为导通相，低速运行时检测相和导通相选择规则如表6所示：
7.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、D相为检测相，或B、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、A相为检测相，或C、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、B相为检测相，或D、A相作为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；
7.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦时，选择C相作为导通相，A、B相作为检测相，或D、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、D相作为检测相，或B、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、A相作为检测相，或C、D相作为检测相；
7.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、B相作为检测相，或D、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、C相作为检测相，或A、D相作为检测相；
7.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、B相为检测相，或D、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、C相为检测相，或A、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相。
表2低速运行时检测相和导通相选择规则
8)中高速运行时采用一相空闲相作为检测相：
8.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；如表7所示；
8.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；如表7所示；
8.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；如表8所示；
8.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；如表8所示；
8.5)中高速运行时，在上述当前相开通基准位置基础上，延时0°至3.75°，开通当前相，在上述当前相关断基准位置基础上，提前3.75°至0°，关断当前相。
无需转子位置传感器，实现四相开关磁阻电机四象限控制。
表3中高速正向运行时关断和导通相基准位置选择规则
表4中高速反向运行时关断和导通相基准位置选择规则

Claims (1)

1.一种四相开关磁阻电机四象限无位置传感器控制方法，通电相的定子极中心线和转子的槽中心线重合的位置是该相θ＝0°位置，θr是一个转子周期，有六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线，即θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8、θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4、3θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8、5θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8、3θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4、7θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8，θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/8和7θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr7/8一致，标记为ψL＝ψθr/8＝ψθr7/8，θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr/4和3θr/4转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/4一致，标记为ψM＝ψθr/4＝ψθr3/4，3θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr3/8和5θr/8转子位置的磁链-电流特性曲线ψθr5/8一致，标记为ψH＝ψθr3/8＝ψθr5/8；用上述六条特殊转子位置的磁链-电流特性曲线估测转子位置，用测试电路实测开关磁阻电机各相磁链，用其特征在于：
1)各相的一个转子周期划分为四个区域I、II、III、IV，当实测磁链ψ>ψH时，转子处于区域I，当实测磁链ψM<ψ<ψH时，转子处于区域II，当实测磁链ψL<ψ<ψM时，转子处于区域III，当实测磁链ψ<ψL时，转子处于区域IV；
2)以C相转子位置为参考将一个转子周期分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧八个子区域，C相转子位置0°至θr/8是子区域①，C相转子位置θr/8至θr/4是子区域②，C相转子位置θr/4至3θr/8是子区域③，C相转子位置3θr/8至θr/2是子区域④，C相转子位置θr/2至5θr/8是子区域⑤，C相转子位置5θr/8至3θr/4是子区域⑥；C相转子位置3θr/4至是7θr/8子区域⑦；C相转子位置7θr/8至θr是子区域⑧；
3)子区域①和⑧处于A相区域I，子区域②和⑦处于A相区域II，子区域③和⑥处于A相区域III，子区域④和⑤处于A相区域IV；子区域②和③处于B相区域I，子区域①和④处于B相区域II，子区域⑤和⑧处于B相区域III；子区域⑥和⑦处于B相区域IV；子区域④和⑤处于C相区域I，子区域③和⑥处于C相区域II，子区域②和⑦处于C相区域III，子区域①和⑧处于C相区域IV；子区域⑥和⑦处于D相区域I，子区域⑤和⑧处于D相区域II，子区域①和④处于D相区域III，子区域②和③处于D相区域IV；
4)转子位置确定：实测开关磁阻电机各相磁链，当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψL<ψD<ψM，开关磁阻电机转子处于子区域①；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域②；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB>ψH、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD<ψL，开关磁阻电机转子处于子区域③；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψM<ψB<ψH、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψL<ψD<ψM开关磁阻电机转子处于子区域④；当A相磁链ψA<ψL、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC>ψH、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑤；当A相磁链ψL<ψA<ψM、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψM<ψC<ψH、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑥；当A相磁链ψM<ψA<ψH、B相磁链ψB<ψL、C相磁链ψL<ψC<ψM、D相磁链ψD>ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑦；当A相磁链ψA>ψH、B相磁链ψL<ψB<ψM、C相磁链ψC<ψL、D相磁链ψM<ψD<ψH，开关磁阻电机转子处于子区域⑧；
5)正向起动时，当转子位置处于子区域①，开通B相和C相；当转子位置处于子区域②，开通B相和C相；当转子位置处于子区域③，开通C相和D相；当转子位置处于子区域④，开通C相和D相；当转子位置处于子区域⑤，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑥，开通D相和A相；当转子位置处于子区域⑦，开通A相和B相；当转子位置处于子区域⑧，开通A相和B相；
6)反向起动时，当转子位置处于子区域⑧，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑦，开通D相和C相；当转子位置处于子区域⑥，开通C相和B相；当转子位置处于子区域⑤，开通C相和B相；当转子位置处于子区域④，开通B相和A相；当转子位置处于子区域③，开通B相和A相；当转子位置处于子区域②，开通A相和D相；当转子位置处于子区域①，开通A相和D相；
7)低速运行时采用两相空闲相作为检测相，第三相作为导通相：
7.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、D相为检测相，或B、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、A相为检测相，或C、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、B相为检测相，或D、A相作为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；
7.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦时，选择C相作为导通相，A、B相作为检测相，或D、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、C相作为检测相，或A、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、D相作为检测相，或B、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、A相作为检测相，或C、D相作为检测相；
7.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相作为检测相；转子位置处于子区域①或⑧时，选择D相为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择A相作为导通相，C、B相作为检测相，或D、C相作为检测相；当转子位置处子于区域④或⑤时，选择B相作为导通相，D、C相作为检测相，或A、D相作为检测相；
7.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑥或⑦，选择A相为导通相，C、B相为检测相，或D、C相为检测相；当转子位置处于子区域①或⑧时，选择B相作为导通相，D、C相为检测相，或A、D相为检测相；当转子位置处于子区域②或③时，选择C相作为导通相，A、D相作为检测相，或B、A相为检测相；当转子位置处于子区域④或⑤时，选择D相作为导通相，B、A相作为检测相，或C、B相作为检测相；
8)中高速运行时采用一相空闲相作为检测相：
8.1)电机正向电动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；
8.2)电机正向制动运行时，当转子位置处于子区域⑧，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域②，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域④，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域⑥，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；
8.3)电机反向电动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；
8.4)电机反向制动运行时，当转子位置处于子区域⑦，A相磁链ψ＝ψM或C相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通D相基准位置、关断B相基准位置；当转子位置处于子区域⑤，D相磁链ψ＝ψM或B相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通C相基准位置、关断A相基准位置；当转子位置处于子区域③，C相磁链ψ＝ψM或A相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通B相基准位置、关断D相基准位置；当转子位置处于子区域①，B相磁链ψ＝ψM或D相磁链ψ＝ψM，此刻转子位置选择为开通A相基准位置、关断C相基准位置；
8.5)中高速运行时，在上述当前相开通基准位置基础上，延时0°～θr/8区间，开通当前相，在上述当前相关断基准位置基础上，提前θr/8～0°区间，关断当前相；
无需转子位置传感器，实现四相开关磁阻电机四象限控制。
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