開關(guān)磁阻電機位置檢測方法

開關(guān)磁阻電機位置檢測方法第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日無位置傳感器檢測技術(shù)的作用01無位置傳感器檢測技術(shù)的優(yōu)勢02國內(nèi)外對無位置傳感器檢測技術(shù)的研究03下一步工作計劃04目錄第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日無位置傳感器檢測技術(shù)的作用當電機靜止時，轉(zhuǎn)子位置是不確定的，由于沒有位置傳感器，此時對電機定子哪一項通電的問題尤為突出。解決啟動時候的轉(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，共二十七頁，2022年，8月28日無位置傳感器檢測技術(shù)的優(yōu)勢傳統(tǒng)的SRM轉(zhuǎn)子位置檢測法采用諸如光電編碼器、霍爾位置傳感器等，稱作直接位置檢測法。由于機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，國內(nèi)外學者開始著手研究開關(guān)磁阻電機無傳感器控制技術(shù)。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日國內(nèi)對無位置傳感器檢測技術(shù)的研究

第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日導(dǎo)通相檢測法

導(dǎo)通相檢測法是利用導(dǎo)通相導(dǎo)通時所表現(xiàn)出來的相繞組特性來檢測轉(zhuǎn)子位置。但是由于電機繞組所表現(xiàn)出來的非線性,必須采用非線性檢測法,模型比較復(fù)雜,對芯片的運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,直接以電機運行時的電流電壓信息為基礎(chǔ),根據(jù)電機的實際模型或特性曲線得到位置信息。第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日

電流波形檢測法：最早的無位置傳感器檢測方案

優(yōu)點：原理簡單,不需要外加電路。缺點：電感的計算時間較長,算法易受噪聲信號的影響。第七頁，共二十七頁，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)磁阻電機的磁鏈、電流和轉(zhuǎn)子位置角之間的關(guān)系來檢測轉(zhuǎn)子位置。不同轉(zhuǎn)子位置角曲線圖優(yōu)點：原理簡單缺點：由于要建立并查找一個電流/磁鏈/位置的三維表,算法復(fù)雜,計算時間長,占用內(nèi)存大,靈活性差等。針對磁鏈法的不足,提出了簡化磁鏈法。第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日簡化磁鏈法

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

位置檢測的目的就是提供換想邏輯，在電機單項輪流導(dǎo)通時，并不需要轉(zhuǎn)子每一位置的信息，只要能夠判斷是否已達到換相的位置即可。因此只需將積分得到的估計磁鏈值與對應(yīng)當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，則認為換相位置已到，管斷當前相，導(dǎo)通下一相；反之，則認為換相位置未到，繼續(xù)導(dǎo)通當前相。第十頁，共二十七頁，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，因此該算法只測試存儲最大電感位置的磁鏈-電流曲線，然后再乘以一個小于1的系數(shù)k來得到對應(yīng)換相位置的參考磁鏈值。優(yōu)點：算法中只需要計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，算法簡單快速，此時結(jié)果較為準確可靠。

第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日相電流梯度法

第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日相電流梯度法

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

電流上升時間法

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

優(yōu)點：原理簡單，成本較低，不需要外加測試信號，提高了電機的可靠性和容錯能力;低速運行情況下，由于旋轉(zhuǎn)電動勢很小，可忽略，位置估計較為精確。缺點：該方法受電機轉(zhuǎn)速、電壓波動以及斬波電流的影響，不適合在高速下使用。與電流上升時間法相比，不同之處在于它不需要電壓傳感器檢測電壓。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日非導(dǎo)通相檢測法

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

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

1、電機靜止時，2、忽略繞組的電阻壓降3、電機靜止時，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)電流的幅值大小：第十八頁，共二十七頁，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，共二十七頁，2022年，8月28日低速運行時的位置檢測

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

附加元件法

附加元件法是在電機內(nèi)部的適當位置上增加一些元件，在電機運行時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法和附加電感線圈法。第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日極板電容檢測法

在電機定子槽中插入一個金屬平板，該平板與轉(zhuǎn)子之間就相當于構(gòu)成了電容器，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，該電容器的極板面積和間距也隨之發(fā)生變化，也就是說電容的容值大小是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)，只需增加簡單的電路檢測出電容的容值，就能夠估算出轉(zhuǎn)子的位置。優(yōu)點：算法簡單，適用性強，與電機所帶負載的大小無關(guān)。缺點：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，就會使金屬極板相對與轉(zhuǎn)子位置的變化特性不一致，產(chǎn)生較大的檢測誤差。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日國外一些研究(基于注入脈沖法)

電感分區(qū)法（起動）思想：將各項電感的相位關(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。起動前對各項繞組注入電壓脈沖U，各相電感曲線與電流曲線成倒置的關(guān)系。第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日電感分區(qū)法（低速）

思想：低速運行時，忽略旋轉(zhuǎn)反電勢，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，將一個電感區(qū)間分為6個小區(qū)間。每個區(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。在一相電感的上升區(qū)內(nèi)，非導(dǎo)通相電流的交疊點對應(yīng)了7.5°，15°和22.5°三個特殊位置點，而導(dǎo)通相的電流，遠大于非導(dǎo)通相注入脈沖的響應(yīng)電流，無法確定換相點，對控制算法沒有意義。因此利用非導(dǎo)通相電流信號，可以確定導(dǎo)通相的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)導(dǎo)通。第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日第二十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日注入脈沖法缺點：1）該方法的相開通位置在7.5°，已經(jīng)偏離了相電感底