[发明专利]基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机位置估计方法及系统，尤其是一种基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法及系统。

背景技术

在应用领域中，开关磁阻电机需要转子位置信号，目前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。

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。

其中，低速状态下对非导通相注入高频脉冲，通过脉冲电流峰值与电流阀值比较估计位置信号得到国内外很多学者的研究。分别提出了对前一非导通相注入高频脉冲、后一非导通相注入高频脉冲和两相非导通相注入高频脉冲三种方法。对前一非导通相注入高频脉冲方法优点是简单，容易实现，缺点是会产生负转矩。对后一非导通相注入高频脉冲方法优点是提高了电机换相的精度，并且换相位置在电感刚上升时刻，电感变化率大，脉冲电流峰值变化量也很大，易于微处理器处理，缺点是在注入脉冲过程中，脉冲电流以电感最小中心位置呈对称状态，这样在换相过程中还需要判断脉冲电流幅值变化的方向，才能最终判断出换相时刻。对两相非导通相注入高频脉冲该方法优点是不需要设置电流阀值，不存在受电压和负载的波动影响，具有一定的鲁棒性，但需要考虑到电机饱和的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的基于注入高频脉冲的开关磁阻电机位置估计方法需要设置电流阀值、并且只能实现单步运行，所以在母线电压变化和电机实行变角度控制方式情况，该位置估计方式失效。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法，包括如下步骤：

步骤1，设定非导通区域注入的高频PWM脉冲信号频率和占空比、导通区域斩波控制方法中的斩波电流上限i^*以及固定下降时间Δt的值，且高频PWM脉冲信号的高电平时间与固定下降时间Δt相等；

步骤2，在非导通区域，向非导通相上的开关管发送高频PWM脉冲信号控制信号，并读取在高频PWM脉冲信号的下降沿采集的脉冲电流的峰值i_peak，再利用读取的脉冲电流的各个峰值i_peak生成非导通区域的脉冲电流包络线；

步骤3，在导通相区域，判断斩波电流上限i^*与相电流i的大小关系，当斩波电流上限i^*大于等于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为1，从而开通开关管，当斩波电流上限i^*小于相电流i时，则将发送的斩波PWM脉冲信号置为0，从而关断开关管，使斩波电流的峰值在固定下降时间Δt内降至i_peak，并读取在斩波PWM脉冲信号的上升沿采集的脉冲电流的峰值i_peak，再利用读取的脉冲电流的各个峰值i_peak生成导通区域的脉冲电流包络线；

步骤4，将导通区域脉冲电流包络线对称上翻处理，并与非导通区域的脉冲电流包络线进行“异或”逻辑组合，从而形成与电感曲线成反比的全周期电流峰值包络线曲线，重复步骤1-4，形成开关磁阻电机全部三相脉冲电流i_A、i_B以及i_C的全周期电流峰值包络线曲线；