CN113241992A - 一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于线性电感特性转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。由于磁场饱和的影响，该方法通过转矩平衡法获取四个特殊位置开关磁阻电机电感特性，根据电机非饱和电感特性，建立线性区间内非饱和电感与电流的关系，在电机运行过程中通过测量与计算获取实时相电感，利用所提出的转换模型，将实时相电感转化为非饱和电感，根据非饱和电感与转子位置之间的线性关系，最终解算出对应的电机转子位置信息。通过实验验证了所述方法的有效性，所述方法简便易行，测量工作少，转子位置信息估计精度高，适用于中高速应用场合。

Description

一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制 方法
技术领域
本发明涉及一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，属于电机控制领域。
背景技术
随着多全电飞机的快速发展，航空飞机对高可靠性高功率密度起动发电系统提出了迫切需求。开关磁阻电机具有结构简单、不含永磁体、调速范围宽以及容错性强等优点，在航空飞机起动发电领域应用方面具有一定优势。开关磁阻起动发电机的高性能控制离不开准确的位置信息，然而机械传感器在多全电飞机高温应用中，故障率较高，难以满足电传动控制设备对可靠性的要求。机械位置传感器的故障在开关磁阻电机运行中会带来安全隐患，因此开展开关磁阻电机的无位置传感器控制研究有重要意义。
目前，中高速转子位置检测通常分为特殊位置检测法和连续位置检测两种情况，连续位置预测可以提高位置预估精度以及可靠性。然而开关磁阻电机由于磁路饱和，其电磁特性的非线性对中高速的非线性控制带来了挑战。
发明内容
针对开关磁阻电机中高速位置检测需求，本发明提出了一种基于线性电感特性转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，通过例如转矩平衡法获取多个特殊位置开关磁阻电机电感特性，根据电机非饱和电感特性，将非线性电磁特性进行线性化，建立线性区间内非饱和电感与电流的关系，在电机运行过程中通过测量与计算获取实时相电感，利用提出的转换模型，将实时相电感转化为非饱和电感，根据非饱和电感与转子位置之间的线性关系，最终解算出对应的电机转子位置信息。对开关磁阻电机无位置传感器控制在长时工作状态下的可靠性运行具有重要意义。
本发明的技术方案为：
所述一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
步骤1：获取开关磁阻电机在四个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θ2)、Lun(θhr)、Lun(θa)以及相电压和相电流；其中θ1表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ2表示开关磁阻电机的定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θa表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θhr为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置；
步骤2：根据步骤1得到的开关磁阻电机在四个特殊位置的相电压和相电流，计算开关磁阻电机在四个特殊位置的相电感分别为L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)和L(θ2,i)；
步骤3：根据步骤1得到的开关磁阻电机在三个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θhr)、Lun(θa)，以及相电感L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)，代入非饱和电感与相电感的函数关系
Figure BDA0003027943840000021
解算得到系数k(i)、a(i)、b(i)、c(i)、L0(i)；
步骤4：对于开关磁阻电机运行过程中采集的相电压和相电流，根据步骤2中公式计算实时的相电感L(θ,i)，并根据步骤3中公式计算得到实时的非饱和电感Lun(θ)；
步骤5：根据步骤4得到的非饱和电感Lun(θ)，利用θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置之间的线性关系，计算得到实时的转子位置。
进一步的，步骤1中通过转矩平衡法获取开关磁阻电机在四个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θ2)、Lun(θhr)、Lun(θa)。
进一步的，步骤2中根据公式
Figure BDA0003027943840000022
计算相电感，其中U为相电压、i为相电流，R为绕组电阻。
进一步的，步骤5中，根据θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置呈线性变化的特点而建立的公式为
Figure BDA0003027943840000031
继而根据Lun(θ)能够计算得到实时的转子位置。
本发明还提出一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制的模块，模块输入为开关磁阻电机的相电压和相电流，利用上述方法，实时输出开关磁阻电机运行过程中的转子位置。
有益效果
本发明公开了一种基于线性电感特性转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。由于磁场饱和的影响，该方法通过转矩平衡法获取四个特殊位置开关磁阻电机电感特性，根据电机非饱和电感特性，建立线性区间内非饱和电感与电流的关系，在电机运行过程中通过测量与计算获取实时相电感，利用所提出的转换模型，将实时相电感转化为非饱和电感，根据非饱和电感与转子位置之间的线性关系，最终解算出对应的电机转子位置信息。通过实验验证了所述方法的有效性，所述方法简便易行，测量工作少，转子位置信息估计精度高，适用于中高速应用场合。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为三相12/8极SRM相电感特性曲线；
图2为iph＝18.82A时非饱和电感与相电感的关系曲线；
图3为n＝1321rpm时，电机的三相电流、转换后的非饱和电感、检测出的位置信息及误差。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例中所用电机为一个1kW三相12/8极开关磁阻电机。
步骤1：通过转矩平衡法获取开关磁阻电机在四个特殊位置电感随电流变化特性，包括非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θ2)、Lun(θhr)、Lun(θa)，并通过电流传感器、电压传感器测量得到开关磁阻电机的相电压和相电流；其中θ1表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ2表示开关磁阻电机的定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θa表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θhr为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置。如图1所示。
步骤2：根据步骤1得到的开关磁阻电机在四个特殊位置的相电压和相电流，计算开关磁阻电机在四个特殊位置的相电感分别为L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)和L(θ2,i)；
通用公式为
Figure BDA0003027943840000041
计算相电感，其中U为相电压、i为相电流，R为绕组电阻。
步骤3：根据步骤1得到的开关磁阻电机在三个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θhr)、Lun(θa)，以及相电感L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)，代入建立的非饱和电感与相电感的函数关系
Figure BDA0003027943840000042
解算得到系数k(i)、a(i)、b(i)、c(i)、L0(i)；从而得到非饱和电感与相电感的函数关系。具体解算公式为：
Figure BDA0003027943840000043
Figure BDA0003027943840000044
步骤4：得到上述非饱和电感与相电感的函数关系后，对于开关磁阻电机运行过程中采集的相电压和相电流，根据步骤2中公式计算实时的相电感L(θ,i)，并根据步骤3中公式计算得到实时的非饱和电感Lun(θ)。以电机工作电流为18.82A为例，此时拟合相电感与非饱和电感关系的效果图如图2所示。
步骤5：根据步骤4得到的非饱和电感Lun(θ)，利用θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置之间的线性关系，计算得到实时的转子位置。
其中根据θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置呈线性变化的特点而建立的公式为
Figure BDA0003027943840000051
继而根据Lun(θ)能够计算得到实时的转子位置。
以电机运行在1321rpm为例，如图3所示为三相电流曲线和转换后的非饱和电感曲线，其中选用于位置估计的相位区域用粗实线标识。图3中还显示了利用本发明提出的方法检测的电机转子位置信息与实际位置信息对比图及误差，由图可知，本发明提出的位置检测方法检测误差最大为7.5°电角度，即为0.9375°机械角度，由此可知，本发明提出的方法具有较高的位置检测精度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：获取开关磁阻电机在四个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θ2)、Lun(θhr)、Lun(θa)以及相电压和相电流；其中θ1表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ2表示开关磁阻电机的定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θa表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θhr为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置；
步骤2：根据步骤1得到的开关磁阻电机在四个特殊位置的相电压和相电流，计算开关磁阻电机在四个特殊位置的相电感分别为L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)和L(θ2,i)；
步骤3：根据步骤1得到的开关磁阻电机在三个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θhr)、Lun(θa)，以及相电感L(θa,i)、L(θhr,i)、L(θ1,i)，代入非饱和电感与相电感的函数关系
Figure FDA0003027943830000011
解算得到系数k(i)、a(i)、b(i)、c(i)、L0(i)；
步骤4：对于开关磁阻电机运行过程中采集的相电压和相电流，根据步骤2中公式计算实时的相电感L(θ,i)，并根据步骤3中公式计算得到实时的非饱和电感Lun(θ)；
步骤5：根据步骤4得到的非饱和电感Lun(θ)，利用θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置之间的线性关系，计算得到实时的转子位置。
2.根据权利要求1所述一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：步骤1中通过转矩平衡法获取开关磁阻电机在四个特殊位置的非饱和电感Lun(θ1)、Lun(θ2)、Lun(θhr)、Lun(θa)。
3.根据权利要求1所述一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：步骤2中根据公式
Figure FDA0003027943830000021
计算相电感，其中U为相电压、i为相电流，R为绕组电阻。
4.根据权利要求1所述一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于：步骤5中，根据θ1到θ2之间非饱和电感与转子位置呈线性变化的特点而建立的公式为
Figure FDA0003027943830000022
继而根据Lun(θ)能够计算得到实时的转子位置。
5.一种基于线性电感转化法的开关磁阻电机无位置传感器控制模块，其特征在于：所述模块输入为开关磁阻电机的相电压和相电流，并利用权利要求1～4中任一所述方法，实时输出开关磁阻电机运行过程中的转子位置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5912542A (en) * 1997-03-10 1999-06-15 Universal Instruments Corporation Variable load inductance compensation for motor drive circuits
CN102624304A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 南京航空航天大学 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法
CN105356813A (zh) * 2015-10-27 2016-02-24 南京信息工程大学 一种开关磁阻电机无位置传感器宽转速范围重载起动方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5912542A (en) * 1997-03-10 1999-06-15 Universal Instruments Corporation Variable load inductance compensation for motor drive circuits
CN102624304A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 南京航空航天大学 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法
CN105356813A (zh) * 2015-10-27 2016-02-24 南京信息工程大学 一种开关磁阻电机无位置传感器宽转速范围重载起动方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN CAI ET AL.: "An Unsaturated Inductance Reconstruction Based Universal Sensorless Starting Control Scheme for SRM Drives", 《 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
雷晓犇 等: "基于特殊电感开关磁阻电机无位置传感器控制", 《电力电子技术》 *

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