CN113472264B - 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法 - Google Patents

动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113472264B
CN113472264B CN202110776837.5A CN202110776837A CN113472264B CN 113472264 B CN113472264 B CN 113472264B CN 202110776837 A CN202110776837 A CN 202110776837A CN 113472264 B CN113472264 B CN 113472264B
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
voltage
rotor
primary side
coupling voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110776837.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113472264A (zh
Inventor
王千龙
李新亮
周飞
蒋伟
靳宏
于照
李敏艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN202110776837.5A priority Critical patent/CN113472264B/zh
Publication of CN113472264A publication Critical patent/CN113472264A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113472264B publication Critical patent/CN113472264B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/11—Determination or estimation of the rotor position or other motor parameters based on the analysis of high frequency signals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，利用定子两侧耦合电压实现动子位置的精确估算，具体为：检测定子两侧耦合电压，一次侧线圈L1注入高频脉冲电压U 0，检测二次侧线圈L2的耦合电压u 2；在一次侧线圈L1脉冲注入结束后，需绕组一次侧线圈L1两端电压降为0 V后，再对二次侧线圈L2注入高频脉冲电压U 0，检测一次侧线圈L1的耦合电压u 1；利用耦合电压u 3和电机相对位置一一对应关系估算出电机相对位置；本发明实现了在长行程直线牵引领域中双边型直线开关磁阻电机动子偏移情况下无位置传感器动子位置估算。

Description

动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法
技术领域
本发明涉及电力传动技术领域，特别涉及一种磁阻电机动子位置估算方法。
背景技术
现在双边型直线开关磁阻电机(DLSRM)无位置传感器控制方法主要借鉴旋转式开关磁阻电机(SRM)，在起动和低速运行状态下无位置传感器控制方法主要为脉冲注入法或是改进型脉冲注入法。针对DLSRM位置特征量由高频脉冲注入检测响应电流值转换成耦合电压的采样，特征量辨识度高，无需考虑涡流所导致的脉冲电流波形畸变，利用动子对称情况下耦合电压与电机的相对位置一一对应关系，获得电机的位置信息。
目前脉冲注入法检测双边型直线开关磁阻电机相对位置主要不足有：动子整体偏移量保持不变的情况下，估算电机位置与实际位置存在一定偏差，降低位置检测的准确性；当电机动子整体偏移量在动态变化时，估算电机位置与实际电机位置会出现错误，导致电机换相错误。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，实现在长行程直线牵引领域中双边型直线开关磁阻电机动子偏移情况下无位置传感器动子位置估算。
本发明的目的是这样实现的：一种动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，利用定子两侧耦合电压实现动子位置的精确估算，具体为：
检测定子两侧耦合电压，一次侧线圈L1注入高频脉冲电压U0，检测二次侧线圈L2的耦合电压u2；在一次侧线圈L1脉冲注入结束后，需绕组一次侧线圈L1两端电压降为0V后，再对二次侧线圈L2注入高频脉冲电压U0，检测一次侧线圈L1的耦合电压u1；
计算出耦合电压u3：
Figure BDA0003155762430000021
根据耦合电压u3和气隙磁阻Rg关系：
Figure BDA0003155762430000022
计算出电机位置Lx；
其中，R1为电机等效磁路中一次侧等效磁阻，R2为电机等效磁路中二次侧等效磁阻，耦合电压u3和气隙磁阻Rg呈单调关系，且Rg＝g/μ0dLx，μ0为自然磁导率，d为电机叠厚，Lx为电机位置，定子与一次侧、二次侧动子气隙分别为g1、g2，满足关系g1+g2＝2g。
作为本发明的进一步限定，所述耦合电压u3为在无位置传感器情况下，根据耦合电压u1、u2拟合动子平衡情况下耦合电压u3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明针对DLSRM的无位置传感器起动和中低速运行中，针对动子偏移问题提出新的位置估算方法；利用双边电机的对称线圈之间耦合，对电机一次侧注入脉冲，检测二次侧耦合电压，再对二次侧注入脉冲，检测一次侧耦合电压，利用耦合电压与电机位置关系估算出动子偏移情况下电机的相对位置；为了减小续流对脉冲注入信号的影响，在一次侧线圈L1脉冲注入结束后，需绕组一次侧线圈L1两端电压降为0V后，再对二次侧线圈L2注入高频脉冲电压U0，检测一次侧线圈L1的耦合电压u1，解决了无位置传感器控制方式动子偏移情况下的位置估算的误差和错误。本发明可应用于长行程直线牵引领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所用DLSRM结构示意图。
图2为本发明所用DLSRM等效磁路(a)二次侧检测，(b)一次侧检测。
图3为本发明所用DLSRM无位置传感器控制系统功率变换器拓扑。
图4为本发明所用DLSRM动子平衡情况下次级半个周期(次级周期为50mm)内相内绕组实测耦合电压随电机位置变化曲线。
图5为本发明所用DLSRM动子不同偏移情况下次级半个周期(次级周期为50mm)内有限元仿真相内绕组耦合电压和公式拟合计算结果对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，利用定子两侧耦合电压实现动子位置的精确估算，耦合电压的选取方法如下：
定子两侧耦合电压检测是对定子两侧线圈轮流注入高频脉冲电压，定子一次侧线圈注入高频脉冲电压，检测定子线圈二次侧两端的耦合电压，待一次侧高频脉冲电压注入完成并且线圈两端电压降为0V后，再对定子二次侧线圈注入高频脉冲电压，检测定子一次侧线圈的耦合电压。
实施例
图2给出DLSRM动子偏移情况下，一次侧励磁和二次侧励磁的等效磁路。其中F为初级线圈上的磁动势F＝Ni，N为每极线圈匝数，i为注入线圈励磁电流。R1、R2和R3为对应磁路的磁阻，Rg1、Rg2、Rg为气隙磁阻，满足条件Rg1+Rg2＝Rg，
Figure BDA0003155762430000041
和/>
Figure BDA0003155762430000042
为对应磁路中的磁通量。当一次侧注入高频脉冲电压，二次侧检测耦合电压，可得平衡电压方程为/>
Figure BDA0003155762430000043
Figure BDA0003155762430000044
上式中ψ1为注入脉冲绕组磁链，ψ2为检测绕组磁链，r为注入线圈内阻；根据磁路分析，磁通
Figure BDA0003155762430000045
和/>
Figure BDA0003155762430000046
关系如下
Figure BDA0003155762430000047
脉冲注入线圈内阻r较小且脉冲响应电流幅值较小，因此式1中ir可忽略不计。由式1、2和3可得检测耦合电压与脉冲注入电压关系为
Figure BDA0003155762430000048
因此，当一次侧注入高频脉冲电压为U0时，二次侧检测耦合电压为
Figure BDA0003155762430000049
当二次侧注入高频脉冲电压为U0时，一次侧检测耦合电压为
Figure BDA0003155762430000051
定子与一次侧、二次侧动子气隙分别为g1、g2，满足关系g1+g2＝2g；在动子不偏移情况下，有g1＝g2＝g，脉冲注入电压为U0时，耦合电压值为
Figure BDA0003155762430000052
耦合电压u3和气隙磁阻Rg呈单调关系，且Rg＝g/μ0dLx，其中μ0为自然磁导率，d为电机叠厚，Lx为电机位置，Rg与电机位置呈单调关系，由此可得u3与电机相对位置也呈现单调关系，根据u3可获得电机的相对位置。磁路的漏磁磁阻R1、R2和R3由电机尺寸结构决定，电机两侧结构尺寸相同有R1＝R3，与位置无关。根据式5、6和7，拟合电压u1、u2与u3的解析关系为
Figure BDA0003155762430000053
由耦合电压u1、u2得出u3，利用u3和电机相对位置一一对应关系估算出电机相对位置。
图3为本发明所用的DLSRM位置估算所用功率变换器，以A相为例，包含3个MOSFET和3个续流二极管，当线圈LA1注入高频脉冲时，开关管SA0和SA1的控制信号为一定开关频率和占空比的PWM信号，线圈LA2检测耦合电压；线圈LA2耦合电压检测完成后，线圈LA1停止注入脉冲信号，待线圈LA1的电压降为0V后，对线圈LA2注入高频脉冲，开关管SA0和SA2的控制信号为一定开关频率和占空比的PWM信号，线圈LA1检测耦合电压。感应耦合电压通过采样和调理电路转换成0～3V的电压信号输入到控制器AD采样端口。
图4给出DLSRM动子平衡情况下，定子半个周期(定子周期为50mm)内相内绕组实测耦合电压随电机位置变化曲线，耦合电压随电机相对位置变化曲线和电感变化曲线有相同的优势，0mm位置为相电感最小位置，定子与动子对齐位置为电感最大位置。
图5给出定子半个周期(定子周期为50mm)内，利用有限元仿真动子不同偏移情况下DLSRM相内绕组耦合电压和式8拟合计算结果对比，其中A为不偏移时有限元计算u3，B为动子偏移0.1mm情况下根据式8计算值u3，C为动子偏移0.3mm情况下根据式8计算值u3，D为动子偏移0.5mm情况下根据式8计算值u3，E为动子偏移0.7mm情况下根据式8计算值u3，F为动子偏移1.0mm情况下根据式8计算值u3，拟合计算结果和有限元计算结果吻合度较高。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，其特征在于，利用定子两侧耦合电压实现动子位置的精确估算，具体为：
检测定子两侧耦合电压，一次侧线圈L1注入高频脉冲电压U0，检测二次侧线圈L2的耦合电压u2；在一次侧线圈L1脉冲注入结束后，需绕组一次侧线圈L1两端电压降为0V后，再对二次侧线圈L2注入高频脉冲电压U0，检测一次侧线圈L1的耦合电压u1；
计算出耦合电压u3：
Figure FDA0003155762420000011
根据耦合电压u3和气隙磁阻Rg关系：
Figure FDA0003155762420000012
计算出电机位置Lx；
其中，R1为电机等效磁路中一次侧等效磁阻，R2为电机等效磁路中二次侧等效磁阻，耦合电压u3和气隙磁阻Rg呈单调关系，且Rg＝g/μ0dLx，μ0为自然磁导率，d为电机叠厚，Lx为电机位置，定子与一次侧、二次侧动子气隙分别为g1、g2，满足关系g1+g2＝2g。
2.根据权利要求1所述的动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法，其特征在于，所述耦合电压u3为在无位置传感器情况下，根据耦合电压u1、u2拟合动子平衡情况下耦合电压u3。
CN202110776837.5A 2021-07-09 2021-07-09 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法 Active CN113472264B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110776837.5A CN113472264B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110776837.5A CN113472264B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113472264A CN113472264A (zh) 2021-10-01
CN113472264B true CN113472264B (zh) 2023-05-30

Family

ID=77879553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110776837.5A Active CN113472264B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113472264B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846872A1 (de) * 1998-10-12 2000-04-13 Sew Eurodrive Gmbh & Co Linearmotor, insbesondere linearer geschalteter Reluktanzmotor
EP3016270A2 (de) * 2014-10-27 2016-05-04 Trinamic Motion Control GmbH & Co. KG Verfahren und schaltungsanordnung zur lagestabilisierung eines rotors gegenüber einem stator in einem elektromotor
CN108448952A (zh) * 2018-05-12 2018-08-24 烟台仙崴机电有限公司 一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法
CN108512392A (zh) * 2018-04-20 2018-09-07 中国矿业大学 一种具有模块化定子的圆筒型横向磁通开关磁阻直线电机
CN109617466A (zh) * 2018-11-09 2019-04-12 中国矿业大学 一种开关磁阻电机复杂电力电子系统的非线性建模方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846872A1 (de) * 1998-10-12 2000-04-13 Sew Eurodrive Gmbh & Co Linearmotor, insbesondere linearer geschalteter Reluktanzmotor
EP3016270A2 (de) * 2014-10-27 2016-05-04 Trinamic Motion Control GmbH & Co. KG Verfahren und schaltungsanordnung zur lagestabilisierung eines rotors gegenüber einem stator in einem elektromotor
CN108512392A (zh) * 2018-04-20 2018-09-07 中国矿业大学 一种具有模块化定子的圆筒型横向磁通开关磁阻直线电机
CN108448952A (zh) * 2018-05-12 2018-08-24 烟台仙崴机电有限公司 一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法
CN109617466A (zh) * 2018-11-09 2019-04-12 中国矿业大学 一种开关磁阻电机复杂电力电子系统的非线性建模方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hao Chen等.Three-Dimensional Magnetic Equivalent Circuit Research of Double-Sided Switched Reluctance Linear Machine.IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY.2020,第30卷(第4期),第1-8页. *
Qianlong Wang等.Sensorless Control of Segmented Bilateral Switched Reluctance Linear Motor Based on Coupled Voltage for Long Rail Propulsion Application .Sensorless Control of Segmented Bilateral Switched Reluctance Linear Motor Based on Coupled Voltage for Long Rail Propulsion Application .2020,第35卷(第3期),第1348-1359页. *
Wenkai Wei等.Sensorless Control of Double-sided Linear Switched Reluctance Motor Based on Simplified Flux Linkage Method.CES TRANSACTIONS ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS.2017,第1卷(第3期),第246-253页. *
杨金明等.开关磁阻直线电动机的位置估计及误差分析.微特电机.2009,(第3期),第6-9页. *
潘剑飞等.一种直线开关磁阻电机发电研究.电机与控制学报.2013,第17卷(第2期),第39-47页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113472264A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8294401B2 (en) Control of electrical machines
US8471510B2 (en) Control of electrical machines
JP7267398B2 (ja) 電気機械のための位置監視
CN103618485B (zh) 一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法
Champa et al. Initial rotor position estimation for sensorless brushless DC drives
CN107425781B (zh) 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
CN104316876B (zh) 一种考虑互感耦合的快速获取三相12/8极srm磁链特性的方法
CN112953343B (zh) 一种开关磁阻电机的新型无位置传感器初始定位方法
CN109150030A (zh) 一种开关磁阻电机转子位置估计方法
CN110336513B (zh) 一种无位置传感器开关磁阻电机初始定位方法
US6989648B2 (en) Load angle determination for electrical motors
CN101800509B (zh) 永磁式同步马达的转子位置检测装置及方法
CN113472264B (zh) 动子偏移情况下直线开关磁阻电机动子位置估算方法
CN110247606B (zh) 一种脉冲注入无位置传感器开关磁阻电机控制方法
CN102804590B (zh) 用于补偿永久励磁的马达中负载影响的方法和装置
CN110601631A (zh) 一种基于占空比调制的磁通切换型永磁直线电机直接推力控制方法
WO2011115098A1 (ja) 制御装置、及び制御方法
CN110429894B (zh) 一种基于耦合电压的分块式直线开关磁阻电机控制方法
CN1862945B (zh) 无感测直流无刷马达装置及其端电压补偿方法
CN113507240B (zh) 动子偏移情况下直线开关磁阻电机在线校正控制方法
TWI474608B (zh) 直流無刷馬達的驅動電壓之最佳相位微調方法
CN115296565A (zh) 一种e型直线开关磁阻电机动子位置检测方法
CN105656379B (zh) 一种基于磁阻特性坐标变换的开关磁阻电机位置预估方法
CN114614705B (zh) 基于励磁绕组高频注入的电励磁双凸极电机位置检测方法
CN112865660B (zh) 一种基于有限元方法的开关磁阻电机初始位置检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant