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专利号: 2019101107329
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1)实时计算开关磁阻电机的相电感值,并根据所得相电感值得到其相电感函数关系式;具体为:步骤S1-1)开关磁阻电机以单相依次循环导通模式运行,控制功率变换电路向电机各相绕组注入高频电压脉冲,按时间间隔ts采集电机各相绕组的电流值与母线电压值,由式(1)计算出相应的电感值:式中,U为母线电压,i为相绕组电流,R为相绕组电阻,ψ0为相绕组初始磁链,L为相绕组电感;

步骤S1-2)按步骤S1-1)相同时间间隔ts选取对应的转子位置角度θi,由此获得n组参数(θi,Li)(i=1,…n),再针对该组参数采用数值拟合方法得到相应的相电感与转子位置角度间的函数关系式,具体为:Lk(θ)=B0+B1cos(θ-2π(k-1)/m)+B2cos2(θ-2π(k-1)/m)(1≤k≤m)    (2)式中,Lk(θ)表示开关磁阻电机第k相绕组的电感函数,B0、B1和B2分别为电感系数,m表示电机相数;

步骤S2)根据步骤S1)所得相电感函数关系式确定相电感曲线的下降区间;

步骤S3)通过步骤S2)确定两相邻相电感曲线的下降区间,根据两相邻相电感曲线的下降区间确定两定位点,并根据该两定位点确定其对应区间的位置角度和时间;

步骤S4)根据步骤S3)中所得位置角度和时间,计算出电机转子在该两相邻相电感曲线定位点对应区间内的平均转速;

步骤S5)根据步骤S4)所得电机转子在两相邻相电感曲线定位点对应区间内的平均转速,计算出电机转子在下一个对应区间内任意时刻的转子位置角度;

步骤S6)根据步骤S5)所得转子的位置角度,向三相开关磁阻电机输出相应的控制信号,即可实现开关磁阻电机无位置传感器的精确控制。

2.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S2)中根据所得相电感函数关系式确定相电感曲线的下降区间,具体方法为:根据步骤S1)中确定的式(2)计算得相电感的极大值Lmax,该值作为相电感曲线下降区间的相电感初值;根据开关磁阻电机换相开通角θon并由式(2)计算出θon处的相电感值Lmin,该值即作为相电感曲线下降区间的相电感终值;则相电感曲线下降区间的相电感值范围为(Lmax,Lmin)。

3.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S3)中在两相邻相电感曲线的下降区间确定两定位点,所述两定位点表示在两相邻相电感曲线下降区间中任取电感值相等时所对应的两个位置点。

4.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S3)中根据两定位点确定其对应区间的位置角度和时间,具体为:步骤S3-1)两相邻相电感定位点对应区间的位置角度为:

式中,Δθn表示两相邻相电感定位点对应区间的位置角度,Nr表示开关磁阻电机转子极数,m表示电机相数;

步骤S3-2)确定两相邻相电感定位点对应区间的时间,其方法为:当微控制器捕获到当前相电感的定位点时,将控制定时器模块清零并启动定时器模块开始计时,同时检测下一相邻相电感的定位点,当捕获到下一相邻相电感的定位点时,记录并保存定时器模块中的时间值Δt1,该时间值即为该两相邻相电感定位点对应区间的时间;同时微控制器再次控制定时器模块清零并重新启动定时器模块计时,继续检测下一相邻相电感定位点的出现并记录对应区间的时间Δt2,如此周而复始,从而可获得所有两相邻相电感定位点对应区间的时间值Δtn。

5.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S4)中根据两相邻相电感定位点对应区间的位置角度和时间,计算出电机转子在该两相邻相电感定位点对应区间内的平均转速,其计算公式为:式中, 表示两相邻相电感定位点对应区间内的平均转速,Δθn表示两相邻相电感定位点对应区间的位置角度,Δtn表示电机转子转过两相邻相电感定位点对应区间的时间。

6.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S5)中根据两相邻相电感定位点对应区间内的平均转速 计算电机转子在下一对应区间内任意时刻t的转子位置角度θn+1(t),具体公式为:式中,θn+1(t)表示电机转子在下一个对应区间任意时刻t的位置角度,θn+1(t0)表示电机转子在下一个对应区间起始时刻t0的位置角度。

7.根据权利要求1所述的基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法采用的控制装置,其特征在于:所述控制装置包括微控制器、脉冲发生模块、功率变换电路、电流检测模块、电压检测模块及定时器模块,其中:所述微控制器用于通过脉冲发生模块向功率变换电路发出控制信号,并通过功率变换电路向开关磁阻电机非导通相绕组注入高频电压脉冲,同时通过电压检测模块、电流检测模块及定时器模块检测相应的电压、电流反馈信号及定位区间的时间值以计算开关磁阻电机的转子位置角度;

所述脉冲发生模块用于接收微控制器输出的PWM控制信号,并输出相应的控制信号控制功率变换电路中对应功率开关的开关状态,实现对开关磁阻电机非导通相绕组注入高频电压脉冲;

所述功率变换电路用于接收脉冲发生模块输出的控制信号,向开关磁阻电机非导通相绕组注入高频电压脉冲;

所述电流检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相绕组的电流值;

所述电压检测模块用于实时检测功率变换电路中对应开关磁阻电机各相绕组的电压值;

所述定时器模块用于记录转子转过两相邻相电感定位点之间的时间值。