一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法技術

本發(fā)明專利技術提供了一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法，步驟包括：基準點的選擇、基準點位置磁鏈的計算、開關磁阻電機位置估計以及缺相故障下的位置估計。該開關磁阻電機位置估計方法通過正常相的電磁信息加上時間延遲即可間接估計出轉子的位置信號，具有很強的容錯功能，采用的算法簡單，不需要增加硬件便可以實現(xiàn)缺相故障下開關磁阻電機位置估計，且通用性強。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種開關磁阻電機位置估計方法，尤其是一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法。
技術介紹
在應用領域中，開關磁阻電機需要轉子位置信號，目前轉子位置信號的獲取主要采用直接位置檢測方法，該方法是在電機中專門增設一個位置傳感器得到位置信號，典型的有電磁式、光電式、磁敏式等，其中光電傳感器應用最廣泛，但這些傳統(tǒng)的機械傳感器結構復雜，安裝不方便，不僅增加了系統(tǒng)結構的復雜性，同時也降低了系統(tǒng)的可靠性和增加了成本，制約了開關磁阻電機的廣泛應用，特別在高溫、灰塵等惡劣環(huán)境下，位置傳感器又容易出現(xiàn)故障，這又限制了電機的正常運轉。為了克服開關磁阻電機這一弊端，探索一種算法簡單、容易實現(xiàn)、高容錯性的無位置傳感器技術具有十分重要的實際意義。近年來，國內外學者對開關磁阻電機無位置傳感器技術進行了廣泛的研究，提出一系列的位置估計算法，主要有脈沖注入法、磁鏈/電流法、智能擬合算法、電感模型法以及非導通相電流波形檢測、調制技術等，這些方法是利用電機固有的電、磁等與轉子位置相關的信息間接估計位置信號，但由于算法模型本身設計的局限性，每種方法都存在其適應范圍和優(yōu)缺點，目前還不能應用到工程系統(tǒng)中，不過隨著智能控制、數字信號處理、電力電子等技術的高速發(fā)展，復雜控制算法和高精度的轉子位置估計算法得以實現(xiàn)途徑可能變?yōu)楝F(xiàn)實。其中，基于磁鏈檢測的開關磁阻電機估計位置方法得到國內外很多學者的研究。傳統(tǒng)的磁鏈方法需要建立三維的磁鏈數據表，通過實時查表估計轉子的位置，磁鏈數據表占用微處理器內存較大，并且查表時間長，降低了位置估計的精度，后來有學者在此基礎上提出了簡化磁鏈方法，該方法只需建立二維磁鏈數據表，但需要確定換相位置，通常是在電感最大位置乘上一個小于1的系數來確定，該方法優(yōu)點是節(jié)省了內存，提高了位置估計的精度，缺點是換相位置難確定。在復雜惡劣的環(huán)境下，開關磁阻電機可能會發(fā)生缺相故障，此時簡化磁鏈方法估計到的是混亂的位置信號，造成電機運行不平衡，甚至燒壞電機，所以研究具有高容錯性、高可靠性的位置估計方法是當前開關磁阻電機無位置傳感器技術發(fā)展的新方向。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題是現(xiàn)有的基于簡化磁鏈方法的開關磁阻電機位置估計方法在電機發(fā)生缺相故障情況下，該位置估計方法失效。為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計 方法，包括如下步驟：步驟1，基準點的選擇，開關磁阻電機電感曲線周期性變化，每兩相電感曲線的交點對應轉子位置信號的邊沿變化點，選擇一個邊沿變化點作為基準點。步驟2，基準點位置磁鏈的計算，將開關磁阻電機一相轉子固定在基準點位置，加載不同的母線電壓以計算出一組基準點位置的離散磁鏈值，并以數據表的形式進行存儲；步驟3，開關磁阻電機位置估計，實時檢測母線電壓和相電流值，根據電機的工作狀態(tài)進行位置估計，若開關磁阻電機出現(xiàn)缺相故障，則進入步驟4，若開關磁阻電機運行正常，則動態(tài)計算瞬時磁鏈值，通過查數據表與基準點位置的離散磁鏈值進行比較，若相等，則此時轉子到達基準點位置，再通過實時的角度延遲分別得到各相轉子位置信息的上升沿和下降沿；步驟4，缺相故障下的位置估計，故障相的轉子位置信息通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲估計得到。現(xiàn)有簡化磁鏈方法的開關磁阻電機位置估計技術不具有容錯功能，在復雜惡劣的環(huán)境下，電機可能會發(fā)生缺相故障，由于簡化磁鏈位置估計方法，只要發(fā)生缺相，位置估計信號會發(fā)生混亂，從而導致電機調速失敗，而本專利技術的開關磁阻電機位置估計方法，可以通過正常相的電磁信息加上時間延遲即可間接估計出轉子的位置信號，具有很強的容錯功能；故障相的轉子位置信息是通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲估計得到的，不會產生位置估計信息混亂的現(xiàn)象；采用的算法簡單，不需要增加硬件便可以實現(xiàn)缺相故障下開關磁阻電機位置估計，且通用性強。作為本專利技術的進一步限定方案，步驟4中，故障相包括缺一相故障和缺兩相故障，若開關磁阻電機為缺一相故障，則進入步驟5，若開關磁阻電機為缺兩相故障，則進入步驟6；步驟5，缺一相故障容錯控制，通過與故障相相鄰的正常相的基準點位置判斷以及角度延遲對故障相的轉子位置信息進行估計，得到故障相轉子位置信息的上升沿和下降沿；步驟6，缺兩相故障容錯控制，通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲對兩個故障相的轉子位置信息進行估計，分別得到兩個故障相轉子位置信息的上升沿和下降沿。通過母線電壓和相電流的實時檢測，從而確認缺相數量以及相號，再根據缺一相故障容錯控制或缺兩相故障容錯控制針對性地進行缺相故障相的轉子位置信息，確保缺相轉子位置估計的準確性。作為本專利技術的進一步限定方案，開關磁阻電機為12/8結構三相開關磁阻電機，選擇電感曲線在15°位置的交點為基準點，步驟5中，若A、B兩相正常工作，C相缺相，則C相的轉子位置信息的上升沿由B相的15°獲得，C相的轉子位置信息的下降沿由B相的15°延遲22.5°獲得；步驟6中，若A相正常工作，B、C兩相缺相，則B相的轉子位置信息的上升沿由A相的15°獲得，B相的轉子位置信息的下降沿由A相的15°延遲22.5°獲得，C相的轉子位置信息的上升沿由A相的15°延遲15°獲得，C相的轉子位置信息的下降沿由A相的15°延遲37.5°獲得。選取15°為基準點，因為當電機相電流較小時，電機處于非飽和階段，此時在一較小的采樣時間段Δt內，15°位置的磁鏈變化量明顯大于7.5°位置的磁鏈變化量，采樣點排列稀疏，有利于位置信號精度的提高。當電機相電流較大時，電機工作于飽和區(qū)，此時對比同樣的采樣時間段Δt，15°位置的磁鏈變化量和7.5°位置的磁鏈變化量基本相等，因此采用兩個特征位置都沒有太大的區(qū)別。所以在電機空載運行或者輕載運行時采用15°作為特征位置更有利于位置信號精度的提高。本專利技術的有益效果在于：(1)現(xiàn)有簡化磁鏈方法的開關磁阻電機位置估計技術不具有容錯功能，在復雜惡劣的環(huán)境下，電機可能會發(fā)生缺相故障，由于簡化磁鏈位置估計方法，只要發(fā)生缺相，位置估計信號會發(fā)生混亂，從而導致電機調速失敗，而本專利技術的開關磁阻電機位置估計方法，可以通過正常相的電磁信息加上時間延遲即可間接估計出轉子的位置信號，具有很強的容錯功能；(2)故障相的轉子位置信息是通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲估計得到的，不會產生位置估計信息混亂的現(xiàn)象；(3)采用的算法簡單，不需要增加硬件便可以實現(xiàn)缺相故障下開關磁阻電機位置估計，且通用性強。附圖說明圖1為本專利技術的方法流程圖；圖2a為本專利技術的A相極對極非對齊位置示意圖；圖2b為本專利技術的A相極對極對齊位置示意圖；圖3為本專利技術的電感曲線與轉子位置信號關系圖；圖4為本專利技術的兩個基準點位置估計精度比較圖；圖5為本專利技術的開關磁阻電機無故障狀態(tài)下位置估計算法結構圖；圖6為本專利技術的缺一相故障開關磁阻電機位置估計容錯算法結構圖；圖7為本專利技術的缺二相故障開關磁阻電機位置估計容錯算法結構圖。具體實施方式如圖1所示，本專利技術提供的一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法，包括如下步驟：步驟1，基準點的選擇，開關磁阻電機電感曲線周期性變化，每兩相電感曲線的交點對應轉子位置信號的邊沿變化點，選擇一個邊沿變化點作為基準點。步驟2，基準點位置磁鏈的計算，用機械分度儀將開關磁阻電機一相轉子固定本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，基準點的選擇，開關磁阻電機電感曲線周期性變化，每兩相電感曲線的交點對應轉子位置信號的邊沿變化點，選擇一個邊沿變化點作為基準點。步驟2，基準點位置磁鏈的計算，將開關磁阻電機一相轉子固定在基準點位置，加載不同的母線電壓以計算出一組基準點位置的離散磁鏈值，并以數據表的形式進行存儲；步驟3，開關磁阻電機位置估計，實時檢測母線電壓和相電流值，根據電機的工作狀態(tài)進行位置估計，若開關磁阻電機出現(xiàn)缺相故障，則進入步驟4，若開關磁阻電機運行正常，則動態(tài)計算瞬時磁鏈值，通過查數據表與基準點位置的離散磁鏈值進行比較，若相等，則此時轉子到達基準點位置，再通過實時的角度延遲分別得到各相轉子位置信息的上升沿和下降沿；步驟4，缺相故障下的位置估計，故障相的轉子位置信息通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲估計得到。

【技術特征摘要】
1.一種具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，基準點的選擇，開關磁阻電機電感曲線周期性變化，每兩相電感曲線的交點對應轉子位置信號的邊沿變化點，選擇一個邊沿變化點作為基準點。步驟2，基準點位置磁鏈的計算，將開關磁阻電機一相轉子固定在基準點位置，加載不同的母線電壓以計算出一組基準點位置的離散磁鏈值，并以數據表的形式進行存儲；步驟3，開關磁阻電機位置估計，實時檢測母線電壓和相電流值，根據電機的工作狀態(tài)進行位置估計，若開關磁阻電機出現(xiàn)缺相故障，則進入步驟4，若開關磁阻電機運行正常，則動態(tài)計算瞬時磁鏈值，通過查數據表與基準點位置的離散磁鏈值進行比較，若相等，則此時轉子到達基準點位置，再通過實時的角度延遲分別得到各相轉子位置信息的上升沿和下降沿；步驟4，缺相故障下的位置估計，故障相的轉子位置信息通過正常相的基準點位置判斷以及角度延遲估計得到。2.根據權利要求1所述的具有缺相容錯功能的開關磁阻電機位置估計方法，其特征在于，步驟4中，故障相包括缺一相故障和缺兩相故障，若開關磁阻電機為缺一相故障，則進...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張磊，興志，孫剛，
申請(專利權)人：南京信息職業(yè)技術學院，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32