[发明专利]一种基于非导通相端电压坐标变换的三相电励磁双凸极电机高速无位置控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及一种电励磁双凸极电机无位置传感器控制方法，属于电励磁双凸极电机控制技术领域。

背景技术

无位置传感器技术一直是开关磁阻电机研究中的热点问题，已经得到国内外研究机构和工业企业的广泛关注。对高速无位置传感器技术的研究，主要是在反电势不容易直接采集的条件下，利用电机的其它特征量准确得到换相点，高速无位置方法的应用充分发挥了电励磁双凸极电机的特点，提高了电机系统的可靠性，为电机在位置传感器容易受到干扰的恶劣场合的应用奠定了基础。

电励磁双凸极电机结合了永磁电机和开关磁阻电机的优点，结构简单，适合于高速运行，且励磁电流调节电压容易而广泛应用于军事，新能源等场合。目前电励磁双凸极电机的高速无位置运行还没有文献研究，电励磁双凸极电机与开关磁阻电机的结构类似，两者的数学模型也较为接近，因而对开关磁阻电机高速无位置检测技术的研究具有借鉴价值。

高速运行时，电机导通周期时间短，电流采样时间不易控制，一般不采用斩波电流法。国内外学者对开关磁阻电机高速无位置检测展开了大量的研究，研究方法同样是根据电机旋转磁场的变化来检测或计算磁链、电流斜率、自感以及反电势等电磁特性参数，从而实现转子位置估计。电感模型法、磁链／电流法、电流梯度法、观测器法等无位置传感器方法是国内外学者最为关注的方法。

磁链／电流法和电感模型法的研究最为广泛，它们都是基于电机的相磁链或相电感与相电流、转子位置角呈非线性关系的特点，利用检测到的导通相电流和相电压通过插值查表、数学模型或智能逼近等方法来间接估计转子位置信息或换相信号，从而实现无位置传感器运行控制。但是这两种方法在电励磁双凸极电机上使用时需要提前获取磁链和转子位置的关系，实时检测的相电流和相电压这些电磁特性在电机高速运行时励磁电流或者负载发生变化时会出现波动，影响判断精度。

电流梯度法通过检测相电流梯度的过零信号来判断转子位置，这种方法虽然不需要提前或者电机的电磁特性和数学模型，但是需要在检测的时候时刻判断相电流的斜率，在高速运行时会出现电流不斩波的情况，这样就会造成换相信号紊乱。

观测器法中的一系列鲁棒性好、实时性强的滑模观测器、自适应观测器，卡尔曼滤波器法也得到了广泛的研究，这些方法用在双凸极电机上能够解决电机强非线性和强耦合的特点，但是其算法复杂，依赖于精确的数学模型，移植性较差。

电励磁双凸极电机同一时刻有两相绕组串联导通，相与相之间存在耦合，在高速运行时无法直接检测反电势和线电势，一个电周期时间短，为避免电机产生负转矩，造成电机无法平稳运行。本专利提出一种基于非导通相端电压坐标变换的三相电励磁双凸极电机高速运行无位置法，该方法利用电机固有特性，通过坐标变化得到换相点，完成换相，不需要时刻计算电机各相的电感值，不需要提前获知电机电磁特性，也不需要电机精确的数学模型，同时大大减小了滤波器的重量和体积，确保电机平稳运行。

发明内容

本发明在传统的反电势法基础上，结合电励磁双凸极电机的电磁特性，提出了一种新颖的基于非导通相端电压坐标变换的电励磁双凸极电机高速运行无位置传感器控制法，该方法需要解决的问题是：克服高速运行时滤波器重量体积大的弱点，克服了高速运行时无法同时检测各相电感特性，无法直接检测反电势和线电势的弊端，得到一种适用于三种斩波方式下的简便容易实现的无位置传感器控制策略，为电励磁双凸极电机高速平稳运行打下了基础。

本发明为实现上述解决方案，采用如下技术策略：

1)电机高速运行时，电机有上下管都不斩波、单斩上管、单斩下管三种斩波方式，无论在哪一种斩波方式下，都是同时检测各相端电压，将检测到的端电压经过RC滤波器进行滤波，滤波器的截止频率低于15KHz即可；

2)将步骤1)中滤波后的端电压中的当前上管导通相端电压进行与电机旋转的相序一致的旋转坐标变换，根据转速不同得到旋转角α的范围只能是30°＜α＜60°，确保得到变换后的端电压具有过零点，其坐标变换公式如(2)～(5)所示，若电机任意两相导通时，非导通相端电压随着转子滑入定子逐渐增大，随着非导通相端电压的增大，坐标矢量变换后重构的当前上管导通相的端电压随转子位置逐渐变小，由于非导通相端电压在非导通靠后区域幅值大于Uin／2且小于Uin(结合图7～图9可知)，结合坐标矢量变换式(4)进行理论分析，选取一个合适的旋转角α(30°＜α＜60°)在非导通相反电势达到换相电势阈值时使得坐标变换重构后的当前上管导通相的端电压理想换相时刻正好减小为0，通过辨识此端电压过零点控制换相逻辑；