CN108448952A - 一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法 - Google Patents

一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，属于电机控制领域。本发明相比传统开关磁阻电机位置检测方法，能够使开关磁阻电机在复杂恶劣的应用环境中有更好地适用能力。本发明由开关磁阻电机本体、功率变换器和控制器组成，通过对电流电压采样，计算得到转子位置，无需位置传感器来检测转子位置。本发明的开关磁阻电机转子位置估计方法所得到的转子位置与实际开关磁阻电机转子位置较为吻合；同时该控制方法具有无需额外硬件设备、无需特殊电路结构等优点。

Description

一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法
技术领域
本发明涉及一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，属于能源互联网开关磁阻电机控制的技术领域。
背景技术
开关磁阻电机近年来已经被越来越多的应用在轨道交通、磁悬浮***、航空***、军工等领域。其中开关磁阻直线电机由于其结构坚固、高可靠性、良好的容错性、无永磁材料、定子集中绕组等优势，成为了近年来的研究热点。要保证开关磁阻电机可靠运行和高性能控制，就必须准确的获取转子位置信息。传统的开关磁阻电机驱动***中由于采用了转子位置传感器，影响了调速***的可靠性，提供了成本，加大了安装调试的难度，因此研究开关磁阻电机无位置传感器计算具有重要意义。
近20年来国内外学者在该领域做了大量研究，针对不同转速范围提出多种控制方案。其中主要包括以下几种：调制解调法、高频脉冲注入法、相间互感检测法、电流磁链法、电感模型法、反电动势估计法、基于智能控制及观测器等多种位置估计法。
发明内容
针对上述技术中存在的问题，本发明提出一种适合用于较宽速度范围的开关磁阻电机转子位置估计方法，无需额外的硬件设备、无需特殊的电路结构，，仅需要检测电机电流和电压，便可通过计算得到转子位置。
为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种开关磁阻电机转子位置估计方法，包括如下步骤：
(1)驱动开关磁阻电机运行在电流断续控制模式；
(2)根据开关磁阻电机各相绕组的相电流和相电压计算各绕组转子位置；
(3)根据各相检测结果的关系合成整体。
作为所述一种开关磁阻电机转子位置估计方法的进一步优化方案，步骤(1)驱动开关磁阻电机运行在电流断续工作模式的方法为：驱动开关磁阻电机运行在电流斩波控制模式下，控制主电路器件的反复开通和关断以限制导通区间电流在给给定的上下限之间；驱动开关磁阻电机运行在电压斩波控制模式下，控制主电路器件的反复开通和关断以控制电机转速。
进一步的，所述一种开关磁阻电机转子位置估计方法的进一步优化方案，步骤(2)根据开关磁阻电机各相绕组的相电流和相电压计算各绕组转子位置的方法为：根据绕组的电流和电压计算绕组磁链，将电流和磁链输入至神经网络计算得到转子位置，对各相绕组同时进行相同的计算，得到每一相的估算转子位置。
再进一步的，所述一种开关磁阻电机转子位置估计方法的进一步优化方案，步骤(3)根据各相检测结果的关系合成整体的方法为：根据同一时刻各相的转子位置估计结果，结合电机结构特点，分析得到转子位置的整合方法，计算完整转子位置。
附图说明
图1是开关磁阻电机电流断续控制模式图。
图2是开关磁阻电机各相位置计算图。
图3是开关磁阻电机转子位置整合流程图。
图4是本发明的转子位置估计结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
本发明检测开关磁阻电机每相绕组的电压和电流，通过神经网络计算得到每一相的估计转子位置，对各相的估计转子位置值进行对比分析，得到完整转子位置信息。
图1所示为开关磁阻电机电流断续控制模式图。在每个电感周期内，在电感上升区绕组导通，产生电流，产生正转矩，在电感下降区绕组关断，电流减小至零，避免负转矩，因此电流是断续的。
图2所示为开关磁阻电机各相位置计算图。因为电流为断续，所以在有电流的区间能进行转子位置的计算，而在没有电流的区间，转子位置的计算结果为零，各相对称因此检测结果对称。开关磁阻电机的磁链计算式为
ψ＝∫(u-iR)dt (1)
式中，Ψ为磁链，u为相电压，i为相电流，R为绕组电阻。
开关磁阻电机位置检测神经网络的输出角度为
θ(i，ψ)＝f1(W1f2(W2I-h1)-h2) (2)
式中，W1和W2为网络连接权值，h1和h2为阈值，f1和f2为激活函数，I为网络输入。
图3所示为开关磁阻电机转子位置整合流程图。当某一相的计算结果为30度时，将该相作为基准相，该相的计算结果就是该相的转子位置值，其余相的转子位置值根据该相的转子位置值和电机结构特点来计算得到，其余两相的计算公式为：
式中，θA，θB，θC，分别为A、B、C三相的估算转子位置。
图4所示为本发明的转子位置估计结果图。通过上述方法可在不使用位置传感器的情况下，通过计算，得到开关磁阻电机转子位置的估计结果。

Claims (6)

1.一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)驱动开关磁阻电机运行在电流断续控制模式：电流斩波控制、电压斩波控制、角度位置控制(2)根据开关磁阻电机各相绕组的相电流和相电压计算绕组磁链，然后将各相绕组的相电流和相磁链输入至神将网络，经神经网络计算从而得到各绕组的转子位置的估计值(3)根据各相绕组的估算结果的关系合成整体。
2.根据权利要求1所述的一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，其特征在于：步骤(1)驱动开关磁阻电机运行在电流断续控制模式的方法分为电流斩波控制、电压斩波控制、角度位置控制，在不同的控制方式下，控制电机正常运行，在此基础上，检测各相绕组的相电压和相电流，进而进行转子位置估计。
3.根据权利要求1所述的一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，其特征在于：步骤(2)根据开关磁阻电机各相绕组的相电流和相电压，在全电周期内作积分运算，得到各相绕组的磁链，绕组磁链的计算公式是：Ψ＝∫(u-iR)dt，式中，Ψ为磁链，u为相电压，i为相电流，R为绕组电阻。再由各相绕组的磁链与相电流来计算各绕组转子位置，计算方法采用神经网络算法。
4.根据权利要求1所述的一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，其特征在于：步骤(2)中将运行过程中的电流、磁链输入至神经网络，经隐含层的传递函数和输出层的传递函数，以及连接权职和阈值的计算，得到转子位置，神经网络的计算公式为：θ＝f1(W1f2(W2I-h2)-h1)，式中，W1和W2为网络连接权值，h1和h2为阈值，f1和f2为激活函数，I为网络输入。输入层节点数为2，隐含层节点数为4，输出层节点数为1，隐含层传递函数为logsig，输出层传递函数为tansig。
5.根据权利要求1所述的一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法，其特征在于：步骤(3)根据各相检测结果的关系合成整体，需要对各相都要进行位置检测，检测到各相的转子位置值后再进行转子位置合成，合成时要根据开关磁阻电机的结构特点来进行计算，对三相六四开关磁阻电机，其合成公式是：θB＝θA-30，θC＝θA-60，式中，θA，θB，θC，分别为A、B、C三相的估算转子位置。
6.实现权利要求1所述的一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法的***，其特征在于，包括：用于测量各相绕组相电压的电压传感器，用于测量各相绕组相电流的电流传感器，及根据各相绕组相电压和相电流生成主电路器件驱动信号的DSP控制模块。所述DSP控制模块：驱动开关磁阻电机运行在电流断续工作模式，计算各相绕组全周期磁链值，检测各相绕组的相电压电流值，计算各相绕组的估计值，计算开关磁阻电机转子位置的合成估计值。
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