一种用于开关磁阻电机系统的转子位置估计方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于开关磁阻电机系统的转子位置估计方法及装置，其中方法包括步骤：初始化、滞环斩波PWM控制、获取极对极时刻、开关磁阻电机转速计算以及开关磁阻电机转子位置估计；装置包括：初始化模块、滞环斩波PWM控制模块、获取极对极时刻模块、开关磁阻电机转速计算模块以及开关磁阻电机转子位置估计模块。本发明对低速运转阶段的开关磁阻电机系统的转子位置估计精度高，并且算法简单，不需要增加硬件，通用性强。
【专利说明】一种用于开关磁阻电机系统的转子位置估计方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种开关磁阻电机的转子位置估计方法及装置，尤其是一种用于无位 置传感器的开关磁阻电机系统的转子位置估计方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在电机应用领域中，开关磁阻电机的运转需要转子位置信号，而开关磁阻电机的 位置估计过程包括三个阶段：启动阶段、低速运转阶段和高速运转阶段。启动阶段需要获得 开关磁阻的初始位置，该位置的获取有专门的方法；低速运转阶段需要获得转子实时位置， 这正是本发明需要解决的技术问题；高速运转阶段也需要获得转子实时位置，该位置也有 其他的专门检测方法。现有的开关磁阻电机调速系统主要由开关磁阻电机（SRM)、功率变换 器、控制器、转子位置检测器四大部分组成，而转子位置检测器对转子位置信号的获取主要 采用直接位置检测方法，该方法是在电机中专门增设一个位置传感器得到位置信号，典型 的有电磁式、光电式、磁敏式等，其中光电传感器应用最广泛，但这些传统的机械传感器结 构复杂，安装不方便，不仅增加了系统结构的复杂性，同时也降低了系统的可靠性和增加了 成本，制约了开关磁阻电机的广泛应用，特别在高温、灰尘等恶劣环境下，位置传感器又容 易出现故障，这又限制了电机的正常运转。为了克服开关磁阻电机这一弊端，探索一种算法 简单、容易实现、又高可靠性的无位置传感器技术具有十分重要的实际意义。
[0003] 近年来，国内外学者对开关磁阻电机无位置传感器技术进行了广泛的研究，提出 一系列的位置估计算法，主要有脉冲注入法、磁链/电流法、智能拟合算法、电感模型法以 及非导通相电流波形检测、调制技术等，这些方法是利用电机固有的电、磁等与转子位置相 关的信息间接估计位置信号，但由于算法模型本身设计的局限性，每种方法都存在其适应 范围和优缺点，目前还不能应用到工程系统中，不过随着智能控制、数字信号处理、电力电 子等技术的高速发展，复杂控制算法和高精度的转子位置估计算法得以实现途径可能变为 现实。
[0004] 其中，根据电流波形、磁链特性估计具有换相功能的特征位置，以获取电机转子位 置信号的方法得到国内外很多学者的研究，分别提出了简化磁链法和电流梯度法。前者是 选定电感最大位置作为换相时刻的特征位置，通过实时计算磁链与特征位置磁链比较得实 现换相，但需要测量电机的电磁特性曲线，离线测量过程复杂，测量的精度不高，影响位置 估计的精度。后者在定转子极对极开始重合之前，电流梯度大于零，而在定转子极对极开始 重合之后，由于反电动势的存在，使电流梯度小于零，所以根据电流梯度过零，估计定转子 极对极开始重合的特征位置，该方法虽然不需要电机精确的数学模型，但相电流检测过程 中需要增加滤波调理电路。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是现有的无位置传感器的开关磁阻电机在低速运转阶 段的转子位置估计方法中简化磁链法需要离线测量电磁特性，离线测量过程复杂，测量精 度不高；电流梯度法则需要额外增加相电流检测的滤波调理电路。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于开关磁阻电机系统的转子位置估 计方法，开关磁阻电机系统包括采集开关磁阻电机电流信号的信号采样调理电路、驱动开 关磁阻电机转动的功率变换器以及对电流信号进行处理并控制功率变换器的微处理器，转 子位置估计方法包括如下步骤：
[0007] 步骤1，初始化，设定电流滞环的限定电流值为Γ以及环宽为2Ai ;
[0008] 步骤2,滞环斩波PWM控制，读取信号采样调理电路采集的实时电流信号，将实时 电流信号减去限定电流得电流变化量，若电流变化量> Ai，则关闭滞环斩波PWM，向功 率变换器发送关断开关管信号，若电流变化量<-△ i，则开通滞环斩波PWM，向功率变换器 发送导通开关管信号；
[0009] 步骤3,获取极对极时刻，记录并分析滞环斩波PWM每次的开通时间，若开通时间 在某时刻由连续增大变为连续减小，则该时刻即为开关磁阻电机的转子与定子的极对极时 刻；
[0010] 步骤4,开关磁阻电机转速计算，记录相邻两次极对极时刻，并计算两次极对极时 刻的时间差△〖，再根据开关磁阻电机的转子相邻两极的角度差△ Θ计算开关磁阻电机转 子的角速度
【权利要求】
1. 一种用于开关磁阻电机系统的转子位置估计方法，其特征在于，所述开关磁阻电机 系统包括采集开关磁阻电机电流信号的信号采样调理电路、驱动开关磁阻电机转动的功率 变换器以及对电流信号进行处理并控制功率变换器的微处理器，所述转子位置估计方法包 括如下步骤： 步骤1，初始化，设定电流滞环的限定电流值为Γ以及环宽为2Λ i ; 步骤2,滞环斩波PWM控制，读取信号采样调理电路采集的实时电流信号，将实时电流 信号减去限定电流Γ得电流变化量，若电流变化量> △ i，则关闭滞环斩波PWM，向功率变 换器发送关断开关管信号，若电流变化量<_ Λ i，则开通滞环斩波PWM，向功率变换器发送 导通开关管信号； 步骤3,获取极对极时刻，记录并分析滞环斩波PWM每次的开通时间，若开通时间在某 时刻由连续增大变为连续减小，则该时刻即为开关磁阻电机的转子与定子的极对极时刻； 步骤4,开关磁阻电机转速计算，记录相邻两次极对极时刻，并计算两次极对极时刻的 时间差At，再根据开关磁阻电机的转子相邻两极的角度差△ Θ计算开关磁阻电机转子的 角速度-- ^ (deg/ .s')； At 步骤5,开关磁阻电机转子位置估计，根据开关磁阻电机的角速度ω以及估计时间间 隔ΛΤ计算出开关磁阻电机转子在转动估计时间间隔后相对于极对极位置转过角度为Θ =ω Λ Τ〇
2. -种用于开关磁阻电机系统的转子位置估计装置，其特征在于，所述开关磁阻电机 系统包括采集开关磁阻电机电流信号的信号采样调理电路、驱动开关磁阻电机转动的功率 变换器以及对电流信号进行处理并控制功率变换器的微处理器，所述微处理器包括如下模 块： 初始化模块，用于设定电流滞环的限定电流值为Γ以及环宽为2Ai ; 滞环斩波PWM控制模块，用于读取信号采样调理电路采集的实时电流信号，将实时电 流信号减去限定电流Γ得电流变化量，若电流变化量> △ i，则关闭滞环斩波PWM，向功率 变换器发送关断开关管信号，若电流变化量<_△ i，则开通滞环斩波PWM，向功率变换器发 送导通开关管信号； 获取极对极时刻模块，用于记录并分析滞环斩波PWM每次的开通时间，若开通时间在 某时刻由连续增大变为连续减小，则该时刻即为开关磁阻电机的转子与定子的极对极时 刻； 开关磁阻电机转速计算模块，用于记录相邻两次极对极时刻，并计算两次极对极时刻 的时间差At，再根据开关磁阻电机的转子相邻两极的角度差△ Θ计算开关磁阻电机转子 的角速度? = 了(deg/'? ; At 开关磁阻电机转子位置估计模块，用于根据开关磁阻电机的角速度ω以及估计时间 间隔ΛΤ计算出开关磁阻电机转子在转动估计时间间隔后相对于极对极位置转过角度为 θ = ω Δ Τ〇
【文档编号】H02P6/18GK104242748SQ201410525610
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】张磊, 徐开军, 张汉年 申请人:南京信息职业技术学院