基于简化磁链法的开关磁阻电机调速系统容错运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及开关磁阻电机控制技术领域，尤其涉及一种针对电流传感器或电压传 感器故障的基于简化磁链法的开关磁阻电机调速系统容错运行方法。
【背景技术】
[0002] 开关磁阻电机自从20世纪80年代由英国Leeds等大学研发成功以来，得到了诸 多学者的关注，在传动领域产生很大的影响，随着电力电子技术、控制技术以及数字处理等 技术的进步得到快速发展。开关磁阻电机为双凸极结构，转子上无稀土材料，仅由硅钢片叠 压成，绕组线圈在定子上，因而比直流电机、交流电机和异步电机结构简单、坚固，电机加工 工序少，成本低，易于冷却，特别适合高速、高温、恶劣等工作环境。开关磁阻电机调速系统 由开关磁阻电机、功率变换器、位置传感器、控制器组成，可调参数多，控制灵活，调速范围 宽，易于实现四象限运行，并具有再生制动能力，在宽转速范围效率高，容错性能强，在航空 航天、新能源汽车、工矿传功、独立电源、风力发电等场合具有广阔的前景。
[0003] 但开关磁阻电机的调速系统需要有转子的位置信号，目前转子位置信号的获取主 要通过在电机本体中专门增设一个位置传感器检测位置信号，典型的有光电式、电磁式、磁 敏式等，其中光电传感器最广泛，但这些传统的机械传感器结构复杂，安装不方便，不仅增 加了系统的复杂性，同时也降低了系统的可靠性，提高了成本，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，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、有高可靠性的无位置 传感器技术具有十分重要的实际意义。
[0004] 无位置传感器控制技术，比如简化磁链法，即延迟方法简化磁链位置估计方法，采 用电流传感器和电压传感器来测得电压和电流，从而通过电压和电流计算磁链值，从而判 断转子的位置，然后输出位置信号，即延迟导通或者关断的指令，控制电机绕组切换，从而 实现电机无位置传感器下稳定运行，电机运行状态发生故障的类型多种多样，如电流传感 器故障、电压传感器故障、开关管故障等，当电流/电压传感器发生故障情况时，位置估计 信号发生紊乱，严重会导致运行系统瘫痪，需要提出一种开关磁阻电机在简化磁链无位置 传感器下电流/电压传感器发生故障情况时的位置估计容错技术。
【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开关磁阻电机当电流/电压传 感器发生故障情况时，位置估计信号发生紊乱，严重会导致运行系统瘫痪。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供的具体技术方案是基于简化磁链法的开关磁 阻电机调速系统容错运行方法，该开关磁阻电机系统包括开关磁阻电机、驱动开关磁阻电 机的功率变换器单元、采集相电流和相电压的信号采集处理单元和控制单元，所述方法包 括如下步骤：
[0007] 步骤1选择相电感曲线交点对应的转子位置，定义为目标位置，在所述目标位置 下，测量相绕组磁链-电流特性数据，将磁链-电流特性数据存于控制单元；
[0008] 步骤2信号采集处理单元实时采集相电压和相电流，并将相电压值Uk和相电流值 i k传输到控制单元；
[0009] 步骤3从转子旋转到对应相电感最小值的转子位置时开始，依据动态磁链积分公
【主权项】
1. 基于简化磁链法的开关磁阻电机调速系统容错运行方法，该开关磁阻电机系统包括 开关磁阻电机、驱动开关磁阻电机的功率变换器单元、采集相电流和相电压的信号采集处 理单元和控制单元，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 步骤1选择相电感曲线交点对应的转子位置，定义为目标位置，在所述目标位置下，测 量相绕组磁链-电流特性数据，将磁链-电流特性数据存于控制单元； 步骤2信号采集处理单元实时采集相电压和相电流，并将相电压值Uk和相电流值i k传 输到控制单元； 步骤3从转子旋转到对应相电感最小值的转子位置时开始，依据动态磁链积分公式
'控制单元实时计算任意时刻的动态磁链值，取当前时刻之前的任 意tl和t2两个时刻的动态磁链值，计算tl和t2两个时刻的动态磁链差值Λ φ lk;依据故 障磁链积分公式
控制单元计算tl和t2两个时刻的 故障磁链差值Δ 1])31;和Λ φ 4k，Rk为第k相绕组的电阻值，Φ Qk为转子在所述对应相电感最 小值的转子位置时第k相绕组的初始磁链值； 步骤4当动态磁链差值Λ !])11;绝对值不等于零，且与故障磁链差值Λ φ 3k绝对值不一 致，又与故障磁链差值Δ !])41;绝对值不一致时，判定信号采集处理单元的电流传感器和电 压传感器均无故障，则判断当前动态磁链值和相电流值是否满足步骤1中目标位置处相绕 组的磁链-电流特性数据，如果满足，执行步骤5,如果不满足，执行步骤6 ;当动态磁链差 值Δ i])lk绝对值等于零，或者动态磁链差值Λ φ 11;与故障磁链差值Λ φ 3k绝对值一致，或者 动态磁链差值Λ !])11;与故障磁链差值Λ φ 4k绝对值一致时，判定信号采集处理单元的电流 传感器或电压传感器有故障，则定义第k相绕组为故障相，第1相绕组为非故障相，1辛k， 判断第1相绕组的当前动态磁链值和相电流值是否满足步骤1中目标位置处相绕组的磁 链-电流特性数据，如果满足，执行步骤7 ;如果不满足，执行步骤8 ; 步骤5如果当前动态磁链值和相电流值满足步骤1中目标位置处相绕组的磁链-电流 特性数据，则判定转子旋转到目标位置，控制单元输出延迟关断和延迟导通功率变换器单 元的指令，控制相绕组通断，执行步骤9 ; 步骤6如果当前动态磁链值和相电流值不满足步骤1中目标位置处相绕组的磁链-电 流特性数据，则判断下一时刻动态磁链值和相电流值是否满足步骤1中目标位置处相绕组 的磁链-电流特性数据，直到满足为止，执行步骤5 ; 步骤7如果第1相绕组的当前动态磁链值和相电流值满足步骤1中目标位置处相绕组 的磁链-电流特性数据，则判定转子旋转到目标位置，控制单元输出延迟关断和延迟导通 功率变换器单元的指令，以控制所述非故障相通断电；针对第k相绕组，输出延迟关断和延 迟导通功率变换器单元的指令，以控制第k相绕组通断电，执行步骤9 ; 步骤8如果第1相绕组的当前动态磁链值和相电流值不满足步骤1中目标位置处相绕 组的磁链-电流特性数据，则判断下一时刻动态磁链值和相电流值是否满足步骤1中目标 位置处相绕组的磁链-电流特性数据，直到满足为止，执行步骤7 ; 步骤9控制单元初始化，并执行步骤2。
2. 如权利要求1所述的基于简化磁链法的开关磁阻电机调速系统容错运行方法，其特 征在于， 在步骤4中，当动态磁链差值Δ i])lk绝对值等于零，则判定电压传感器和电流传感器均 存在故障；当动态磁链差值Δ 1])11;与故障磁链差值Λ φ 3k绝对值一致时，则判定电流传感 器有故障；当动态磁链差值Δ 1])11;与故障磁链差值Λ φ 4k绝对值一致时，则判定电压传感 器有故障。
【专利摘要】本发明公开了一种针对电流传感器或电压传感器故障的基于简化磁链法的开关磁阻电机调速系统容错运行方法，其包括选定目标位置并测量磁链-电流特性数据，采集相电流电压，计算动态磁链及任意两时刻的动态磁链差值，计算故障磁链，判断动态磁链差值是否与故障磁链值一致，若一致，则传感器故障，根据正常相绕组的电磁信号发出延迟控制故障相的指令，若不一致，则传感器无故障，按照本相绕组的电磁信号发出延迟控制本相绕组通断的指令，本发明实现无位置传感器开关磁阻电机在某些电流传感器或者电压传感器发生故障情况下仍能正确估计转子的位置，提高了开关磁阻电机系统的运行稳定性。
【IPC分类】H02P21-00, H02P25-08
【公开号】CN104682808
【申请号】CN201510117945
【发明人】张磊, 孙刚, 徐开军, 兴志
【申请人】南京信息职业技术学院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月17日