CN113740593A - 一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，提出一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，首先基于信息复用的思想给出电流传感器的安装位置，然后依据转子位置和电流信息将一个转子周期分为8个运行区间，给出了每个运行区间的电流路径和相电流计算公式，同时分析了电流传感器在增益误差和偏置误差对系统运行的影响，提出了一种在线增益误差和偏置误差补偿策略，能够有效提高开关磁阻电机系统电流信息的检测精度，具有良好的工程应用价值。

Description

一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法。

背景技术

开关磁阻电机系统性能优良，但是由于双凸极结构和脉冲供电特性造成开关磁阻电机的转矩脉动过大，产生一定的电磁噪声。随着近年来开关磁阻电机理论和制造工艺的不断发展，四相及多相结构被证明能够有效降低转矩脉动，但是四相或者多相结构会明显增加系统成本和复杂度，尤其对于电流检测环节来说。首先对于开关磁阻电机来说，每相需要一个电流传感器，进而增加了系统的体积和成本。其次任意一相电流传感器检测到的信息没有交互，意味着任何一个电流传感器故障，造成转速波动和转矩脉动增大，甚至造成系统失控。虽然现有的单电流传感器或者双电流传感器检测方法能够减少电流传感器使用数目，但是由于各相电流检测信息的严重交互，在电流传感器出现故障时导致检测误差过大，同时影响每一相电流的检测精度，因此更加严重增加系统的转矩脉动。同时现有的少电流传感器检测方法没有考虑通过主动误差补偿来增加电流传感器的检测精度，需要进一步分析。因此本发明专利提出一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，减少电流传感器的使用数目，提高检测精度，增加检测鲁棒性，同时降低转矩脉动，提高系统容错能力和可靠性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，减少电流传感器的使用数目，提高检测精度，增加检测鲁棒性，同时降低转矩脉动，提高系统容错能力和可靠性。

为达上述目的，本发明一方面实施例提出一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，其特征在于：采用两个霍尔电流传感器，其中霍尔电流传感器1用来检测A相、B相、C相和D相的电流，霍尔电流传感器2用来检测励磁母线的电流，励磁母线为连接电容负极、电容阴极、功率开关管S2漏极、S4漏极、S6漏极和S8漏极的导线；霍尔电流传感器1检测值不是A相电流、B相电流、C相电流和D相电流的直接叠加，而取决于A相电流(i_a)、B相电流(i_b)、C相电流(i_c)和D相电流(i_d)穿过霍尔电流传感器的次数，若A相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₁次，B相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₂次，C相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₃次，D相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₄次，则霍尔电流传感器1的测量值为a₁倍的A相电流、a₂倍的B相电流、a₃倍的C相电流和a₄倍的D相电流之和；霍尔电流传感器2检测值不是直接等于励磁母线电流(i_e)，若励磁母线电流穿过霍尔电流传感器的次数为b₁次，则霍尔电流传感器2的测量值为b₁倍的励磁母线电流。

工作原理说明：将一个转子周期分为8个运行区间AI、AII、BI、BII、CI、CII、DI和DII，其中AI区间为A相开始励磁时刻到D相负电压续流结束时刻，AII区间为D相负电压续流结束时刻到B相开始励磁时刻，BI区间为B相开始励磁时刻到A相负电压续流结束时刻，BII区间为A相负电压续流结束时刻到C相开始励磁时刻，CI区间为C相开始励磁时刻到B相负电压续流结束时刻，CII区间为B相负电压续流结束时刻到D相开始励磁时刻，DI区间为D相开始励磁时刻到C相负电压续流结束时刻，DII区间为C相负电压续流结束时刻到A相开始励磁时刻；在不同区间进行电流路径分析，实现相电流的检测。

在AI、BI、CI和DI区间共有6种工作模式，具体为工作模式1为当前相和下一相两相同时励磁模式，工作模式2为当前相励磁，下一相零电压续流模式，工作模式3为当前相零电压续流，下一相励磁模式，工作模式4当前相和下一相同时零电压续流模式，工作模式5为当前相负电压续流，下一相励磁模式，工作模式6为当前相负电压续流模式；其中当前相为开通时刻早的一相，关断相为开通时刻晚的一相，例如在BI区间定义A相位当前相，B相为下一相；

在AII、BII、CII和DII区间仅有一相位于工作状态，则该相为当前相，共有2种工作模式：工作模式7和工作模式8，具体为工作模式7为当前相励磁工作模式，工作模式8为当前相零电压续流模式；

在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式1、2、3和4情况下，当前相和下一相同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

其中i_LEM1和i_LEM2分别为霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2的测量值；

在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式5和6情况下，当前相电流只穿过霍尔电流传感器1，下一相电流同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

在AII、BII、CII和DII区间中，工作模式7和8情况下，只有当前相电流穿过霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BII区间为例，此时B相电流(i_b)为：

选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，首先通过四点法监测传感器的增益误差，以BII区间和霍尔传感器1为例，假设传感器在采样点A和采样点B没有发生增益误差故障，而在采样点C和采样点D发生了增益误差故障，通过计算B点和A点、C点和B点、以及D点和C点的采样值偏差判断是否发生了传感器增益误差产生，若四个点的采样值偏差相同则没有增益误差发生，若四个点的采样值偏差不同则出现增益误差，具体为若C点和B点的采样值偏差大于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差大于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差；

选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，将一项由下零电压续流转换为上零电压续流，进而使霍尔传感器1或霍尔传感器2从测量当前相的电流转换为测量当前霍尔传感器的偏差，实现偏差的直接测量，以BII区间为例，此时将B相从通过S4的下管零电压续流转换到通过S3的上管零电压续流，从而使霍尔电流传感器1测量的仅为自身的偏差e₁，而电流传感器2测量B相电流(i_b)；

通过判断增益误差发生霍尔电流传感器和霍尔电流传感器1的偏差e₁能够有效计算得到偏差霍尔电流传感器2的偏差e₂，从而能够有效实现误差补偿，具体如下式所示：

上式中i_LEM1是霍尔电流传感器1的测量值，i_LEM2是霍尔电流传感器2的测量值，k₁是霍尔电流传感器1的增益偏差系数，k₂是霍尔电流传感器2的增益偏差系数。

本发明的有益效果为：本发明所提出的考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，能够减少电流传感器的使用数目，提高检测精度，增加检测鲁棒性，同时能够降低转矩脉动，提高系统容错能力和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例1的电流传感器安装示意图。

图2是本发明实施例1的电流检测分区示意图。

图3是本发明实施例1的模式1电流路径示意图。

图4是本发明实施例1的模式2电流路径示意图。

图5是本发明实施例1的模式3电流路径示意图。

图6是本发明实施例1的模式4电流路径示意图。

图7是本发明实施例1的模式5电流路径示意图。

图8是本发明实施例1的模式6电流路径示意图。

图9是本发明实施例1的模式7电流路径示意图。

图10是本发明实施例1的模式8电流路径示意图。

图11是本发明实施例1的增益误差检测示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法。

图1为本发明提出的一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法霍尔电流传感器安装位置，其特征在于：采用两个霍尔电流传感器，其中霍尔电流传感器1用来检测A相、B相、C相和D相的电流，霍尔电流传感器2用来检测励磁母线的电流，励磁母线为连接电容负极、电容阴极、功率开关管S2漏极、S4漏极、S6漏极和S8漏极的导线；霍尔电流传感器1检测值不是A相电流、B相电流、C相电流和D相电流的直接叠加，而取决于A相电流(i_a)、B相电流(i_b)、C相电流(i_c)和D相电流(i_d)穿过霍尔电流传感器的次数，若A相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₁次，B相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₂次，C相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₃次，D相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₄次，则霍尔电流传感器1的测量值为a₁倍的A相电流、a₂倍的B相电流、a₃倍的C相电流和a₄倍的D相电流之和；霍尔电流传感器2检测值不是直接等于励磁母线电流(i_e)，若励磁母线电流穿过霍尔电流传感器的次数为b₁次，则霍尔电流传感器2的测量值为b₁倍的励磁母线电流。

工作原理说明：将一个转子周期分为8个运行区间AI、AII、BI、BII、CI、CII、DI和DII，如图2所示。其中AI区间为A相开始励磁时刻到D相负电压续流结束时刻，AII区间为D相负电压续流结束时刻到B相开始励磁时刻，BI区间为B相开始励磁时刻到A相负电压续流结束时刻，BII区间为A相负电压续流结束时刻到C相开始励磁时刻，CI区间为C相开始励磁时刻到B相负电压续流结束时刻，CII区间为B相负电压续流结束时刻到D相开始励磁时刻，DI区间为D相开始励磁时刻到C相负电压续流结束时刻，DII区间为C相负电压续流结束时刻到A相开始励磁时刻；在不同区间进行电流路径分析，实现相电流的检测。

在AI、BI、CI和DI区间共有6种工作模式，具体为工作模式1为当前相和下一相两相同时励磁模式，如图3所示；工作模式2为当前相励磁，下一相零电压续流模式，如图4所示；工作模式3为当前相零电压续流，下一相励磁模式，如图5所示；工作模式4当前相和下一相同时零电压续流模式，如图6所示；工作模式5为当前相负电压续流，下一相励磁模式，如图7所示；工作模式6为当前相负电压续流模式，如图8所示；其中当前相为开通时刻早的一相，关断相为开通时刻晚的一相，例如在BI区间定义A相位当前相，B相为下一相。

在AII、BII、CII和DII区间仅有一相位于工作状态，则该相为当前相，共有2种工作模式：工作模式7和工作模式8，具体为工作模式7为当前相励磁工作模式，如图9所示；工作模式8为当前相零电压续流模式，如图10所示。

在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式1、2、3和4情况下，当前相和下一相同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

其中i_LEM1和i_LEM2分别为霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2的测量值；

在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式5和6情况下，当前相电流只穿过霍尔电流传感器1，下一相电流同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

在AII、BII、CII和DII区间中，工作模式7和8情况下，只有当前相电流穿过霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BII区间为例，此时B相电流(i_b)为：

选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，首先通过四点法监测传感器的增益误差，以BII区间和霍尔传感器1为例，假设传感器在采样点A和采样点B没有发生增益误差故障，而在采样点C和采样点D发生了增益误差故障，通过计算B点和A点、C点和B点、以及D点和C点的采样值偏差判断是否发生了传感器增益误差产生，若四个点的采样值偏差相同则没有增益误差发生，若四个点的采样值偏差不同则出现增益误差，具体为若C点和B点的采样值偏差大于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差大于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差。

选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，将一项由下零电压续流转换为上零电压续流，进而使霍尔传感器1或霍尔传感器2从测量当前相的电流转换为测量当前霍尔传感器的偏差，实现偏差的直接测量，以BII区间为例，此时将B相从通过S4的下管零电压续流转换到通过S3的上管零电压续流，从而使霍尔电流传感器1测量的仅为自身的偏差e₁，而电流传感器2测量B相电流(i_b)，如图11所示。

通过判断增益误差发生霍尔电流传感器和霍尔电流传感器1的偏差e₁能够有效计算得到偏差霍尔电流传感器2的偏差e₂，从而能够有效实现误差补偿，具体如下式所示：

上式中i_LEM1是霍尔电流传感器1的测量值，i_LEM2是霍尔电流传感器2的测量值，k₁是霍尔电流传感器1的增益偏差系数，k₂是霍尔电流传感器2的增益偏差系数。

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 (12)

1.一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机系统相电流检测方法，其特征在于：采用两个霍尔电流传感器，其中霍尔电流传感器1用来检测A相、B相、C相和D相的电流，霍尔电流传感器2用来检测励磁母线的电流，励磁母线为连接电容负极、电容阴极、功率开关管S2漏极、S4漏极、S6漏极和S8漏极的导线；

2.霍尔电流传感器1检测值不是A相电流、B相电流、C相电流和D相电流的直接叠加，而取决于A相电流、B相电流、C相电流和D相电流穿过霍尔电流传感器的次数，若A相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₁次，B相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₂次，C相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₃次，D相电流穿过霍尔电流传感器的次数为a₄次，则霍尔电流传感器1的测量值为a₁倍的A相电流、a₂倍的B相电流、a₃倍的C相电流和a₄倍的D相电流之和；

3.霍尔电流传感器2检测值不是直接等于励磁母线电流，若励磁母线电流穿过霍尔电流传感器的次数为b₁次，则霍尔电流传感器2的测量值为b₁倍的励磁母线电流；

4.将一个转子周期分为8个运行区间AI、AII、BI、BII、CI、CII、DI和DII，其中AI区间为A相开始励磁时刻到D相负电压续流结束时刻，AII区间为D相负电压续流结束时刻到B相开始励磁时刻，BI区间为B相开始励磁时刻到A相负电压续流结束时刻，BII区间为A相负电压续流结束时刻到C相开始励磁时刻，CI区间为C相开始励磁时刻到B相负电压续流结束时刻，CII区间为B相负电压续流结束时刻到D相开始励磁时刻，DI区间为D相开始励磁时刻到C相负电压续流结束时刻，DII区间为C相负电压续流结束时刻到A相开始励磁时刻；在不同区间进行电流路径分析，实现相电流的重构；

5.在AI、BI、CI和DI区间共有6种工作模式，具体为工作模式1为当前相和下一相两相同时励磁模式，工作模式2为当前相励磁，下一相零电压续流模式，工作模式3为当前相零电压续流，下一相励磁模式，工作模式4当前相和下一相同时零电压续流模式，工作模式5为当前相负电压续流，下一相励磁模式，工作模式6为当前相负电压续流模式；其中当前相为开通时刻早的一相，关断相为开通时刻晚的一相，例如在BI区间定义A相位当前相，B相为下一相；

6.在AII、BII、CII和DII区间仅有一相位于工作状态，则该相为当前相，共有2种工作模式：工作模式7和工作模式8，具体为工作模式7为当前相励磁工作模式，工作模式8为当前相零电压续流模式；

7.在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式1、2、3和4情况下，当前相和下一相同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

其中i_LEM1和i_LEM2分别为霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2的测量值；

8.在AI、BI、CI和DI区间中，工作模式5和6情况下，当前相电流只穿过霍尔电流传感器1，下一相电流同时穿过霍尔电流传感器1和2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BI区间为例，此时A相电流(i_a)和B相电流(i_b)为：

9.在AII、BII、CII和DII区间中，工作模式7和8情况下，只有当前相电流穿过霍尔电流传感器1和霍尔电流传感器2，可以通过解析计算方法获取各相相电流，以BII区间为例，此时B相电流(i_b)为：

10.选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，首先通过四点法监测传感器的增益误差，以BII区间和霍尔传感器1为例，假设传感器在采样点A和采样点B没有发生增益误差故障，而在采样点C和采样点D发生了增益误差故障，通过计算B点和A点、C点和B点、以及D点和C点的采样值偏差判断是否发生了传感器增益误差产生，若四个点的采样值偏差相同则没有增益误差发生，若四个点的采样值偏差不同则出现增益误差，具体为若C点和B点的采样值偏差大于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差大于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且大于B点和A点的采样值偏差则发生增益小于1的偏差，若C点和B点的采样值偏差小于零且小于B点和A点的采样值偏差则发生增益大于1的偏差；

11.选取AII、BII、CII和DII区间作为电流传感器增益误差和偏置误差的检测和补偿区间，将一项由下零电压续流转换为上零电压续流，进而使霍尔传感器1或霍尔传感器2从测量当前相的电流转换为测量当前霍尔传感器的偏差，实现偏差的直接测量，以BII区间为例，此时将B相从通过S4的下管零电压续流转换到通过S3的上管零电压续流，从而使霍尔电流传感器1测量的仅为自身的偏差e₁，而电流传感器2测量B相电流(i_b)；

12.通过判断增益误差发生霍尔电流传感器和霍尔电流传感器1的偏差e₁能够有效计算得到偏差霍尔电流传感器2的偏差e₂，从而能够有效实现误差补偿，具体如下式所示：

上式中i_LEM1是霍尔电流传感器1的测量值，i_LEM2是霍尔电流传感器2的测量值，k₁是霍尔电流传感器1的增益偏差系数，k₂是霍尔电流传感器2的增益偏差系数。

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