本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，涉及了一種電勵磁雙凸極電機(jī)的無位置傳感器的控制方法。

背景技術(shù)：

電勵磁雙凸極電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，且氣隙磁通調(diào)節(jié)靈活的特點，在航空、新能源等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。同無刷直流電機(jī)一樣，該電機(jī)用于驅(qū)動系統(tǒng)時需檢測轉(zhuǎn)子位置以實現(xiàn)準(zhǔn)確換相，額外增加的傳感器降低了系統(tǒng)可靠性，增加了成本，限制了電機(jī)的應(yīng)用范圍，因此研究電勵磁雙凸極電機(jī)無位置傳感器運行技術(shù)具有重要意義。

目前，基于磁鏈的位置檢測方法在其它電機(jī)中都得到了廣泛研究與應(yīng)用，然而在電勵磁雙凸極電機(jī)中卻鮮有研究。南京航空航天大學(xué)申請了一件專利：《基于線磁鏈的三相電勵磁雙凸極電機(jī)無位置傳感器控制方法》(申請?zhí)枺?01610543168.6)。該專利申請利用了三相電勵磁雙凸極電機(jī)的線磁鏈的由正變負(fù)的過零點位置與換相位置重合的特性，但該方法所檢測的線磁鏈中還包含了電樞繞組產(chǎn)生的磁鏈成分，在電機(jī)加載運行時，其由正變負(fù)的過零點位置受電樞反應(yīng)的影響仍會超前，如若不加以補(bǔ)償則易導(dǎo)致?lián)Q相失敗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供三相電勵磁雙凸極電機(jī)中高速位置檢測誤差的補(bǔ)償方法，減小由電樞反應(yīng)產(chǎn)生的位置觀測誤差，實現(xiàn)電勵磁雙凸極電機(jī)無位置傳感器狀況下能夠準(zhǔn)確換相、穩(wěn)定運行。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

三相電勵磁雙凸極電機(jī)中高速位置檢測誤差的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

(1)檢測電勵磁雙凸極電機(jī)BA兩相、CB兩相、AC兩相的磁鏈之差Ψ_BA、Ψ_CB、Ψ_AC；

(2)消除Ψ_BA、Ψ_CB、Ψ_AC中由電樞繞組產(chǎn)生的磁鏈成分，得到補(bǔ)償后的磁鏈之差Ψ`<sub>BA</sub>、Ψ`_CB、Ψ`_AC；

(3)利用Ψ`<sub>BA</sub>、Ψ`_CB、Ψ`_AC由正變負(fù)的過零點得到三個互差120°的轉(zhuǎn)子位置信號。

進(jìn)一步地，在步驟(1)中，采用下式計算磁鏈之差：

ψ_ij＝(L_i·I_i-L_j·I_j)+(L_if-L_jf)·I_f

上式中，i＝A,B,C，j＝A,B,C，且i≠j，L_i、L_j表示i相、j相繞組的自感，I_i、I_j表示i相、j相的相電流，L_if、L_jf表示i相、j相繞組與勵磁繞組的互感，I_f為勵磁電流。

進(jìn)一步地，在步驟(2)中，用Ψ_BA、Ψ_CB、Ψ_AC減去對應(yīng)兩相電流與電感系數(shù)的乘積，得到補(bǔ)償后的的磁鏈之差Ψ`<sub>BA</sub>、Ψ`_CB、Ψ`_AC：

ψ`_ij＝ψ_ij-(k_i·I_i-k_j·I_j)

上式中，k_i、k_j表示i相、j相的電感系數(shù)，通過有限元仿真得到。

進(jìn)一步地，所述電感系數(shù)的獲取方法：

1)離線仿真得到轉(zhuǎn)子位置為0°時A、B兩相的自感值，作為補(bǔ)償Ψ_BA時分別與A、B兩相電流相乘的電感系數(shù)的基值，然后在基值附近改變電感系數(shù)使Ψ`_BA由正變負(fù)的過零點位置與轉(zhuǎn)子0°的誤差在θ以內(nèi)；

2)離線仿真得到轉(zhuǎn)子位置為120°時B、C兩相的自感值，作為補(bǔ)償Ψ_CB時分別與B、C兩相電流相乘的電感系數(shù)的基值，然后在基值附近改變電感系數(shù)使Ψ`_CB由正變負(fù)的過零點位置與轉(zhuǎn)子120°的誤差在θ以內(nèi)；

3)離線仿真得到轉(zhuǎn)子位置為240°時C、A兩相的自感值，作為補(bǔ)償Ψ_AC時分別與C、A兩相電流相乘的電感系數(shù)的基值，然后在基值附近改變電感系數(shù)使Ψ`_AC由正變負(fù)的過零點位置與轉(zhuǎn)子240°的誤差在θ以內(nèi)；θ為設(shè)定的誤差角度。

進(jìn)一步地，所述誤差角度θ的取值為±1°。

采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：

本發(fā)明解決了基于線磁鏈的三相電勵磁雙凸極電機(jī)中高速無位置傳感器控制技術(shù)對轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測時存在磁鏈之差由正變負(fù)的過零點位置易受電樞反應(yīng)的影響而產(chǎn)生誤差的問題，提高三相電勵磁雙凸極電機(jī)中高速位置檢測精度，從而保證電機(jī)準(zhǔn)確換相和穩(wěn)定運行，適用于中高速重載運行場合，且實現(xiàn)方式簡便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例12/8極結(jié)構(gòu)的電勵磁雙凸極電機(jī)二維結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實施例電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的方法流程圖；

圖4為補(bǔ)償前后電機(jī)加載時線磁鏈隨位置變化的對比圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

三相電勵磁雙凸極電機(jī)的三相分別為A相、B相和C相。下面以圖1所示的12/8極結(jié)構(gòu)的三相電勵磁雙凸極電機(jī)為例進(jìn)行說明，其控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括：三相全橋逆變器，端電壓采樣調(diào)理電路，相電流采樣調(diào)理電路，控制電路以及三相電勵磁雙凸極電機(jī)，其中U_dc為直流母線電壓，U_n為電機(jī)三相繞組中性點電壓，S₁～S₆為功率MOSFET，D₁～D₆為反并聯(lián)二極管，R_a、R_b、R_c分別為電機(jī)三相繞組電阻，L_a、L_b、L_c分別為電機(jī)A、B、C三相繞組自感，U_A、U_B、U_C分別為電機(jī)三相端電壓，I_a、I_b、I_c分別為電機(jī)三相相電流。

本發(fā)明的流程圖如圖3所示，其中“-”表示減法運算，“+”表示加法運算，“→”表示符號改變，“Ψ_BA”為BA兩相磁鏈之差，“Ψ_CB”為CB兩相磁鏈之差，“Ψ_AC”為為AC兩相磁鏈之差，“Ψ`<sub>BA</sub>”為補(bǔ)償后BA兩相磁鏈之差，“Ψ`_CB”為補(bǔ)償后CB兩相磁鏈之差，“Ψ`_AC”為補(bǔ)償后AC兩相磁鏈之差，“k_1a”、“k_1b”為補(bǔ)償“Ψ_BA”所需的電感系數(shù)，“k_2b”、“k_2c”為補(bǔ)償“Ψ_CB”所需的電感系數(shù)，“k_3a”、“k_3c”為補(bǔ)償“Ψ_AC”所需的電感系數(shù)，P_a、P_b、P_c為檢測得到的位置信號，其上升沿分別對應(yīng)0°、120°、240°的轉(zhuǎn)子位置。

以補(bǔ)償CB兩相磁鏈之差為例，原理如下：

檢測CB兩相的磁鏈之差Ψ_CB，忽略相間互感，Ψ_CB可用式(1)表示，其中包含勵磁繞組產(chǎn)生的磁鏈分量與電樞繞組產(chǎn)生的磁鏈分量。

ψ_CB＝(L_c·I_c-L_b·I_b)+(L_cf-L_bf)·I_f (1)

式(1)中，L_cf、L_bf分別為C相、B相繞組與勵磁繞組的互感，I_f為勵磁電流，當(dāng)電樞繞組通入電流時，電樞反應(yīng)會使得Ψ_CB的波形發(fā)生畸變，在0°～120°區(qū)間內(nèi)，C相流入負(fù)電流，而B相流入正電流，這會引起由勵磁繞組產(chǎn)生的磁鏈分量發(fā)生負(fù)偏，進(jìn)而使得Ψ_CB由正變負(fù)的過零點位置產(chǎn)生超前誤差。如若減去電樞繞組產(chǎn)生的磁鏈分量就能對超前誤差進(jìn)行補(bǔ)償，如式(2)所示。

ψ`_CB＝ψ_CB-(L_c·I_c-L_b·I_b) (2)

由于電勵磁雙凸極電機(jī)是一種磁阻電機(jī)，每相繞組的自感值是轉(zhuǎn)子位置和相電流的函數(shù)，無法得到其實時值，因此也無法實時地精確檢測出Ψ_CB中的勵磁繞組產(chǎn)生的磁鏈分量。但是，本專利所涉及的位置檢測方法只對Ψ_CB由正變負(fù)的過零點位置敏感，對其波形質(zhì)量并不敏感，因此引入可變電感系數(shù)k_2c、k_2b來替代L_c、L_b，其基值為電機(jī)空載情況下轉(zhuǎn)子位置為120°時C、B兩相的自感值，可通過有限元仿真得到。當(dāng)轉(zhuǎn)子位置位于120°時，C、B兩相的定子齒與轉(zhuǎn)子槽相對，兩相磁阻均較大，不易飽和，其自感值受電樞反應(yīng)影響很小，基本保持不變。這樣補(bǔ)償后的Ψ`_CB可用式(3)表示。

ψ`_CB＝ψ_CB-(k_2c·I_c-k_2b·I_b) (3)

考慮到忽略了相間互感的影響，可對電感系數(shù)進(jìn)行微調(diào)以使Ψ`_CB由正變負(fù)的過零點位置與120°的誤差減小到±1°以內(nèi)。

當(dāng)檢測到Ψ`_CB由正變負(fù)的過零點時產(chǎn)生B相位置信號P_b的上升沿。

AC兩相、BA兩相磁鏈之差Ψ_AC、Ψ_BA的補(bǔ)償算法類似，由于圖1所示電機(jī)三相磁路不對稱，因此三個磁鏈之差所對應(yīng)的電感系數(shù)會有所差別。

圖4為電機(jī)相電流為400A時補(bǔ)償前后磁鏈之差Ψ_CB與Ψ`_CB隨位置變化的仿真對比圖。從圖中可見，未經(jīng)補(bǔ)償時Ψ_CB由正變負(fù)的過零點與120°位置處的B相位置信號上升沿相差將近17°，而經(jīng)過補(bǔ)償后位置檢測誤差大大減小，驗證了本方法的正確性。

實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。