[发明专利]一种适合高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

发明涉及一种适合高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，属于开关磁阻电机控制技术领域。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)结构简单坚固，具有成本低，工作可靠，控制灵活，运行效率高，容错能力强等特点，在某些特殊应用领域具有独特的应用优势。在民用、工业应用和航空航天等军事应用场合，已逐步得到广泛关注，应用前景光明。

位置检测环节是开关磁阻电机调速系统(SRD)的重要组成部分之一。传统的位置检测方法是通过安装位置传感器，主要利用光电、电磁、磁敏等原理来获取转子位置信息。位置传感器的存在，增加了系统的复杂性，安装和调试方案复杂，削弱了电机结构简单的优势，可靠性降低，同时增加了系统成本。另外，由于传感器易受环境因素的影响，稳定性不高，在高温高速等苛刻工作环境下，位置传感器无法正常工作，从而严重限制了SRM的应用范围。因此，采用无位置传感器技术对降低系统成本、提高系统可靠性具有重要的意义。

SRM无位置传感器技术已经成为国际上SRM研究领域的热点。各国学者提出了多种无位置方案。目前已提出的开关磁阻电机无位置或间接位置检测方案的主要思想都是基于SRM的机械时间常数(t_mec)远大于电时间常数(t_elec)的特点，SR电机内部的磁场状态是关于其转子相对位置的函数。通过求解相电压方程，就能获得以磁链、电感、反电势等形式隐藏起来的编码的转子位置信息。典型无位置技术方案有基于磁链法、简化磁链法、电流波形监测法、互感电压法、磁链/电流法和观测器法，以及基于电感模型、探测线圈技术和基于模糊神经网络控制的方案等。

其中传统的磁链法和简化磁链法原理最为简单，且较易于实现。传统的磁链法需要建立并存储一个三维表，数据获取的工作量大，且占内存大，计算时间长。简化磁链法为克服传统磁链法的缺点，提高算法的实用性，进行了相应的简化。转子位置检测简化为换相位置检测，只需要将实时估计磁链与换相位置的参考磁链进行比较，就可以得到相应的换相信号。由于换相位置一般靠近定转子对齐位置，因此换相位置的磁链一电流特性曲线与对齐位置的磁链一电流特性曲线接近且形状类似。只需要测试并存储对齐位置的磁链一电流曲线，与一个小于1的系数K相乘就可以得到参考磁链特性曲线。该算法只需要测量并存储一条磁链特性曲线，然后查寻二维表，故其储量小，算法简单，且无需附加硬件。但是该算法的缺点是其只能对固定换相位置进行检测，而不能根据电机运行特性优化选择合理换相位置，不适合SRM高速运行时角度位置控制，因此不利于电机的优化控制，限制了其适用范围。

发明内容

本发明要解决的问题是克服简化磁链法不能根据电机运行特性优化选择最佳换相位置而不适合电机高速运行角度位置控制方式的缺点，拓宽简化磁链法的适用范围，得到一种适合电机高速领域的无位置传感器技术。即通过改变简化磁链法中的K值选取的策略，实现换相位置可调的无位置传感器控制策略，使得电机高速运行角度位置控制模式下仍能够精确的检测换相位置。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

其特征在于所述控制方法包含以下步骤：

1)利用控制系统分别检测SRM定、转子对齐位置以及给定的样本换相位置处的磁链-电流特性；同时计算在相同电流下换相位置磁链与定、转子对齐位置磁链ψ_a的比值为K，并存储对齐位置的磁链-电流特性；

2)利用模糊算法建立关于K值与换相位置角以及相电流之间的非线性模糊控制器，其输入分别为换相位置角和相电流，输出为K值；

3)结合开关磁阻电机转矩和输出效率，利用数字仿真得到合理的换相位置作为位置检测的参考位置；

4)将电流检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电流和步骤3所述的参考位置经过步骤2所述的模糊控制器得到优化的K值，将优化的K值乘以步骤1所述的已存储的定、转子对齐位置磁链ψ_a得到实时的参考位置磁链ψ_h；

5)采用电压检测及调理电路检测得到的开关磁阻电机实时相电压和步骤4所述的实时相电流经控制系统计算得到实时磁链ψ_i：

当实时磁链ψ_i小于参考磁链ψ_h，则返回步骤4；

当实时磁链ψ_i大于或等于参考磁链ψ_h，则经控制系统关断当前相，开通下一相，同时下一相作为检测相。根据以上算法得到的SRM各相换相信号脉冲数可以计算出电机当前转速n。