開關(guān)磁阻電機(jī)位置檢測(cè)方法

開關(guān)磁阻電機(jī)位置檢測(cè)方法第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的作用01無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)02國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的研究03下一步工作計(jì)劃04目錄第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的作用當(dāng)電機(jī)靜止時(shí)，轉(zhuǎn)子位置是不確定的，由于沒有位置傳感器，此時(shí)對(duì)電機(jī)定子哪一項(xiàng)通電的問題尤為突出。解決啟動(dòng)時(shí)候的轉(zhuǎn)子初始位置和初始導(dǎo)通相的判斷問題，以保證不出現(xiàn)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的SRM轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)法采用諸如光電編碼器、霍爾位置傳感器等，稱作直接位置檢測(cè)法。由于機(jī)械位置傳感器的存在，增加了SRM結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，影響了SRM調(diào)速系統(tǒng)可靠性，也使得SRM調(diào)速系統(tǒng)的成本增加，另外，位置傳感器的穩(wěn)定性受環(huán)境影響很大，阻礙了SRM在生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用。為了克服這一弊病，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始著手研究開關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)傳感器控制技術(shù)。第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)位置傳感器檢測(cè)技術(shù)的研究

第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日導(dǎo)通相檢測(cè)法

導(dǎo)通相檢測(cè)法是利用導(dǎo)通相導(dǎo)通時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的相繞組特性來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。但是由于電機(jī)繞組所表現(xiàn)出來(lái)的非線性,必須采用非線性檢測(cè)法,模型比較復(fù)雜,對(duì)芯片的運(yùn)算速度要求也比較高。不需任何人為產(chǎn)生的電壓電流信息,直接以電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流電壓信息為基礎(chǔ),根據(jù)電機(jī)的實(shí)際模型或特性曲線得到位置信息。第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日

電流波形檢測(cè)法：最早的無(wú)位置傳感器檢測(cè)方案

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單,不需要外加電路。缺點(diǎn)：電感的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng),算法易受噪聲信號(hào)的影響。第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日磁鏈法

其基本思想是忽略繞組互感的影響，基于開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈、電流和轉(zhuǎn)子位置角之間的關(guān)系來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。不同轉(zhuǎn)子位置角曲線圖優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：由于要建立并查找一個(gè)電流/磁鏈/位置的三維表,算法復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間長(zhǎng),占用內(nèi)存大,靈活性差等。針對(duì)磁鏈法的不足,提出了簡(jiǎn)化磁鏈法。第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日簡(jiǎn)化磁鏈法

線性模型下的繞組相電流波形圖第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日簡(jiǎn)化磁鏈法

位置檢測(cè)的目的就是提供換想邏輯，在電機(jī)單項(xiàng)輪流導(dǎo)通時(shí)，并不需要轉(zhuǎn)子每一位置的信息，只要能夠判斷是否已達(dá)到換相的位置即可。因此只需將積分得到的估計(jì)磁鏈值與對(duì)應(yīng)當(dāng)前電流的換相位置的參考磁鏈值相比較，如果前者大于后者，則認(rèn)為換相位置已到，管斷當(dāng)前相，導(dǎo)通下一相；反之，則認(rèn)為換相位置未到，繼續(xù)導(dǎo)通當(dāng)前相。第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日參考磁鏈的獲得

參考磁鏈的獲得：換相位置一般都靠近電感最大位置，因此該算法只測(cè)試存儲(chǔ)最大電感位置的磁鏈-電流曲線，然后再乘以一個(gè)小于1的系數(shù)k來(lái)得到對(duì)應(yīng)換相位置的參考磁鏈值。優(yōu)點(diǎn)：算法中只需要計(jì)算最大電感位置的磁鏈-電流曲線，然后查詢二維表，所需內(nèi)存小，算法簡(jiǎn)單快速，此時(shí)結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠。

第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日相電流梯度法

第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日相電流梯度法

比較與上一個(gè)之間的時(shí)間間隔，可求得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這個(gè)時(shí)間間隔乘以極數(shù)即電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。結(jié)合與電機(jī)的轉(zhuǎn)速可控制和，即下一相導(dǎo)通時(shí)間和該相關(guān)斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)單拍和雙拍控制。單拍：用于高速段，可減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)雙拍：起動(dòng)和低速段，有利于產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日基于電流斬波波形的檢測(cè)法（適用于低速）

電流上升時(shí)間法

利用電流的上升或下降時(shí)間判斷轉(zhuǎn)子的位置，分別為基于斬波波形的電流上升時(shí)間法和基于斬波波形的電流下降時(shí)間法。第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日電流下降時(shí)間法

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，成本較低，不需要外加測(cè)試信號(hào)，提高了電機(jī)的可靠性和容錯(cuò)能力;低速運(yùn)行情況下，由于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)很小，可忽略，位置估計(jì)較為精確。缺點(diǎn)：該方法受電機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓波動(dòng)以及斬波電流的影響，不適合在高速下使用。與電流上升時(shí)間法相比，不同之處在于它不需要電壓傳感器檢測(cè)電壓。第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日非導(dǎo)通相檢測(cè)法

非導(dǎo)通相檢測(cè)法通過控制向非激勵(lì)相注入高頻低幅的測(cè)試信號(hào)，測(cè)量出電流或其它信息，通過計(jì)算和分析得到轉(zhuǎn)子位置信息。此類方法算法比較簡(jiǎn)單，適合于電機(jī)啟動(dòng)和較低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，但由于測(cè)量過程需要注入高頻激勵(lì)信號(hào)，易引起負(fù)轉(zhuǎn)矩，影響整個(gè)系統(tǒng)出力和效率，另外使控制電路復(fù)雜。第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日注入脈沖法

初始位置檢測(cè)：電機(jī)靜止時(shí)，同時(shí)向三相注入高頻電壓脈沖低速運(yùn)行時(shí)的位置檢測(cè)：同時(shí)向非導(dǎo)通相注入電壓脈沖第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日初始位置檢測(cè)

1、電機(jī)靜止時(shí)，2、忽略繞組的電阻壓降3、電機(jī)靜止時(shí)，電感保持不變向繞組中注入幅值一定的電壓脈沖，其響應(yīng)電流的幅值大?。旱谑隧?yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日一相響應(yīng)電流的峰值與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系三相響應(yīng)電流的峰值與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日低速運(yùn)行時(shí)的位置檢測(cè)

當(dāng)SRM的一相正在工作時(shí)，對(duì)另外兩個(gè)相鄰的非工作相同時(shí)施加脈沖激勵(lì)，得到相應(yīng)的響應(yīng)電流，比較其響應(yīng)電流的大小來(lái)決定下一相何時(shí)導(dǎo)通。優(yōu)點(diǎn)：換相點(diǎn)的判斷只與響應(yīng)電流的相對(duì)變化有關(guān)，而與其值的大小無(wú)關(guān)，因此抗干擾性較強(qiáng)，采用兩個(gè)非工作相進(jìn)行判斷，不僅提高了判斷的精度，而且還可以減小電壓波動(dòng)和負(fù)載波動(dòng)的影響，從而減小了檢測(cè)誤差。缺點(diǎn)：需要外加檢測(cè)電路，成本高，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日

附加元件法

附加元件法是在電機(jī)內(nèi)部的適當(dāng)位置上增加一些元件，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)這些元件的輸出信息也隨轉(zhuǎn)子周期性地發(fā)生變化，利用這種特性可以估算出轉(zhuǎn)子的位置。根據(jù)附加的元件不同，可分為極板電容檢測(cè)法和附加電感線圈法。第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日極板電容檢測(cè)法

在電機(jī)定子槽中插入一個(gè)金屬平板，該平板與轉(zhuǎn)子之間就相當(dāng)于構(gòu)成了電容器，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該電容器的極板面積和間距也隨之發(fā)生變化，也就是說(shuō)電容的容值大小是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)，只需增加簡(jiǎn)單的電路檢測(cè)出電容的容值，就能夠估算出轉(zhuǎn)子的位置。優(yōu)點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，與電機(jī)所帶負(fù)載的大小無(wú)關(guān)。缺點(diǎn)：由于放置元件，使SRM的制造工藝變得復(fù)雜。另外，若定子槽內(nèi)金屬板放置位置不一致，就會(huì)使金屬極板相對(duì)與轉(zhuǎn)子位置的變化特性不一致，產(chǎn)生較大的檢測(cè)誤差。第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)外一些研究(基于注入脈沖法)

電感分區(qū)法（起動(dòng)）思想：將各項(xiàng)電感的相位關(guān)系做以分區(qū)，利用各區(qū)域內(nèi)繞組的相電流邏輯關(guān)系，確定初始導(dǎo)通相。起動(dòng)前對(duì)各項(xiàng)繞組注入電壓脈沖U，各相電感曲線與電流曲線成倒置的關(guān)系。第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日電感分區(qū)法（低速）

思想：低速運(yùn)行時(shí)，忽略旋轉(zhuǎn)反電勢(shì)，在每相的0~22.5°范圍內(nèi)，電感處于上升區(qū)，均可以產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩。響應(yīng)電流幅值的包絡(luò)線，將一個(gè)電感區(qū)間分為6個(gè)小區(qū)間。每個(gè)區(qū)間內(nèi)的電流邏輯關(guān)系不同，從而確定不同相的導(dǎo)通關(guān)斷信號(hào)。在一相電感的上升區(qū)內(nèi)，非導(dǎo)通相電流的交疊點(diǎn)對(duì)應(yīng)了7.5°，15°和22.5°三個(gè)特殊位置點(diǎn)，而導(dǎo)通相的電流，遠(yuǎn)大于非導(dǎo)通相注入脈沖的響應(yīng)電流，無(wú)法確定換相點(diǎn)，對(duì)控制算法沒有意義。因此利用非導(dǎo)通相電流信號(hào)，可以確定導(dǎo)通相的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日注入脈沖法缺點(diǎn)：1）該方法的相開通位置在7.5°，已經(jīng)偏離了相電感底