一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及于开关磁阻电机控制技术领域，尤其涉及一种无位置传感器的三相开 关磁阻电机转子初始位置估计方法。
【背景技术】
[0002] 在开关磁阻电机应用领域中，实时而准确的转子位置信息是其可靠运行和高性能 控制的前提，开关磁阻电机应用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目前主要采用直接位 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。因此，如何取代位置传感器，克服采用位置传感器带来的不 足，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] 无位置传感器的开关磁阻电机的运行过程包括三个阶段：位初始位置判断阶段、 低速运转阶段和高速运转阶段。每个阶段根据电机的运行特性均有相应的转子位置估计算 法，但为了实现无位置传感器技术的应用，初始位置的判断是前提和条件，特别是在某些特 定场合，如电动汽车、精确伺服传动装置等领域是不允许电机反转，所以要在这些领域使用 无位置传感器技术，就必需考虑初始位置角精确估算和初始导通相判断问题，如果不能实 现准确的初始位置估计，会导致电机反转，严重会导致灾难性后果。国内外学者对开关磁阻 电机初始位置估算判断研宄了很多方法，如脉冲注入法、电感分区法等，脉冲注入法只是通 过脉冲电流的幅值大小判断电机的初始起动相，不能估计出电机的精确初始位置角，所以 不适合防反转和实行无位置传感器闭环控制系统，而电感分区法存在电感最大和最小区域 电感变化缓慢，所以该区域电机的相电流变化也很缓慢，这对电流传感器采集相电流的精 度有很大影响，最终导致初始位置估计的精度不高，可能会产生反转，并且该方法也只判断 初始起动相，而不能精确估计到初始位置角，这对高精度位置控制领域是很不利的，因此需 要克服现有技术的缺陷，解决精确估算转子初始位置角以及判断初始启动相的问题，以提 高无位置传感器开关磁组电机系统的运行稳定性，避免开关磁阻电机反转的风险。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术不足，提供一种三相开关磁阻电机 转子初始位置角估计方法，解决转子初始位置角精确估算和初始导通相判断问题，以提高 无位置传感器开关磁组电机系统的运行稳定性。
[0005] 本发明提供了的具体技术方案是：一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方 法，包括如下步骤，
[0006] 步骤1控制单元向功率变换器单元的开关管输入脉冲宽度为恒值的高频脉冲信 号，控制开关管的开通与关断，从而控制三相开关磁阻电机的三相绕组通电与断电，在脉冲 信号下降沿时刻，三相绕组中分别产生相电流脉冲电流峰值；
[0007] 步骤2信号采集单元采集三相开关磁阻电机绕组中的实时相电流脉冲电流峰值， 艮P ^Ajeak、^Bjeak矛口土C-peak，并传输给控制单元；
[0008]步骤3控制单元比较iA_peak、iB_peak和ic_peak的大小关系，判断转子初始位置角度 0 est所在的转子位置区域以及转子初始起动相；当i Aj)eak> i i B PMk时，转子位置区 域为〇< 0 est彡0 /6,初始起动相为A相；当i。peak> i A peak彡i BJ^时，转子位置区域为 后/6 < K 0 /3 ;初始起动相为A相；当i c_k> i B peak》i A _时，转子位置区域为 后/3< K 0/2,初始起动相为C相；当iB_k>iCj)eal^iAj)eal^，转子位置区域为 0 /2 < 0 est彡2 0 /3,初始起动相为C相；当i B_k> i i c_k时；转子位置区域为 2 /3 < 0 est彡5 0 /6,初始起动相为B相；当i Aj)eak> i B peak彡i ，转子位置区域为 5f3/6< 0est彡0，初始起动相为B相；其中，开关磁阻电机转子的一个凸极中心线与邻近A相绕组的定子凹槽中心线对齐，此时转子位置定义为转子0度角位置；开关磁阻电机转子 从转子0度角位置起旋转了0角度，相邻的另一凸极中心线与上述定子凹槽中心线对齐， 此时转子位置定义为转子0度角位置；
[0009] 步骤4控制单元调用转子初始位置角度0est所在的转子位置区域对应的 转子初始位置角度0est估算数学公式，将转子初始位置角度0est估算数学公式中的 变量参数iA、i#P i。分别赋值为i A_peak、^Bjeak矛口土C-peak，得到转子初始位置角度 计算值；在不同转子位置区域中，对应不同的转子初始位置角度Lst估算数学公 式，在转子位置区域〇< 0est< 0/6中，转子初始位置角度0 est估算数学公式为：
【主权项】
1. 一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方法，其特征在于，包括如下步骤， 步骤1控制单元向功率变换器单元的开关管输入脉冲宽度为恒值的高频脉冲信号，控 制开关管的开通与关断，从而控制三相开关磁阻电机的三相绕组通电与断电，在脉冲信号 下降沿时刻，三相绕组中分别产生相电流脉冲电流峰值； 步骤2信号采集单元采集三相开关磁阻电机绕组中的实时相电流脉冲电流峰值，即iA peak、^~B_peak矛口 ^ C-peak， 并传输给控制单元； 步骤3控制单元比较iAj)Mk、iBj)Mk和ie pMk的大小关系，判断转子初始位置角度Θ est 所在的转子位置区域以及转子初始起动相；当iA_PMk> i i ^^时，转子位置区域为 〇 < K β /6,初始起动相为A相；当i c peak> i A peak> i B ^时，转子位置区域为β /6 < Θ est< β /3 ;初始起动相为A相；当i c peak> i B peak》i Α ^时，转子位置区域为β /3 < Θ est< β /2,初始起动相为C相；当i B peak> i c peak> i A peak时，转子位置区域为β /2 < Θ est彡2 β /3,初始起动相为C相；当i B peak> i i c peak时；转子位置区域为2 β /3 < Θ est彡5 β /6,初始起动相为B相；当i A peak> i BJi。peak时，转子位置区域为5 β /6 < β，初始起动相为B相；其中，开关磁阻电机转子的一个凸极中心线与邻近A相绕 组的定子凹槽中心线对齐，此时转子位置定义为转子O度角位置；开关磁阻电机转子从转 子〇度角位置起旋转了 β角度，相邻的另一凸极中心线与上述定子凹槽中心线对齐，此时 转子位置定义为转子β度角位置； 步骤4控制单元调用转子初始位置角度Θ&所在的转子位置区域对应的转 子初始位置角度^st估算数学公式，将转子初始位置角度Θ &估算数学公式中 的变量参数iA、&和i。分别赋值为i A-peak、peak矛口 土 C-peak' 得到转子初始位置角 度^st计算值；在不同转子位置区域中，对应不同的转子初始位置角度θ est估算 数学公式，在转子位置区域O < β/6中，转子初始位置角度Θ est估算数学 公式为：
在转子位置区域β /6 < Θ β /3
中，转子初始位置角度Θ est估算数学公式为： 在转子位置区域β/3< β/2中，转子初始位置角度Θ est估算数学公式 为：
在转子位置区域β/2 < Θ est彡2β/3中， 转子初始位置角度^st估算数学公式为：
在转 子位置区域2β/3< θ#<5β/6中，转子初始位置角度Θ est估算数学公式为：
甶转子位置区域5 β /6 < Θ β中，转子初始位置角 度Θ est估算数学公式为：
其中，iA、&和i c分别为代表ABC三相绕组中相电流脉冲电流峰值的变量参数，i peakJttx 是任一相绕组电感值最小时产生的相电流脉冲电流峰值，iE_PMk是任一相绕组电感值最小 时另外两相绕组中产生的相等的相电流脉冲电流峰值，i peak_MX，iE_PMk由信号采集单元采集。
2.如权利要求1所述的一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方法，其特征在 于，还包括：步骤5控制单元保存转子初始位置角度Θ &计算值，并对转子初始位置角度 Θ est估算数学公式的i A、ijP i。变量参数初始化。
【专利摘要】本发明公开了一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方法，步骤如下：注入高频脉冲，实时采集相电流脉冲电流峰值、比较峰值大小、判断转子初始位置角度对应的转子位置区域，调用与该转子位置区域对应的转子初始位置角度θest估算数学公式并计算出转子初始位置角度；本发明能精确计算出转子位置角，并通过线性化简化了位置估计的估算数学公式，也无需在现有的开关磁阻电机系统中添加任何其他硬件，节省了成本，提供了开关磁阻电机系统的运行稳定性。
【IPC分类】H02P6-18
【公开号】CN104682787
【申请号】CN201510116390
【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