基于电感模型的开关磁阻电机无位置传感器控制

摘要

开关磁阻电动机是一种的新型调速电机，具有结构简单坚固、控制灵活、容错能力强等优点，现已在牵引运输，电动车辆，航空等领域得到应用。实时、准确地获取转子位置信息是电机可靠运行和高性能控制的必要前提，通常是由位置传感器检测获取。然而传感器增加了电机系统的成本与复杂度，在一些恶劣工况下会降低可靠性与适应性。因此无位置传感器技术具有重要研究意义。
　　论文对国内外在关于电机转子位置辨识技术领域的研究现状与成果进行了阐述。介绍了电机的本体结构、工作原理、基础数学方程及数学模型，讨论了常用的控制策略及其特点。
　　针对电机实际工作中会出现磁路饱和的问题，提出了一种基于典型位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制策略。
　　首先，利用ANSYS有限元仿真软件，考虑磁路饱和影响，对电机相绕组按一定顺序轮流通电的同时向非导通相注入高频脉冲，获取各相绕组整个周期内的电感曲线，并对全周期电感曲线运行状态进行分析。指出了以全周期不饱和电感模型为基础的一些算法可实现在电流较小情况下的转子位置估计，但导通相电流较大时，这类方法是有一定的局限性。
　　在上述分析基础上，基于注入脉冲的全周期电感模型，提出了一种适合于电机中低速运行，处于不同饱和情况的转子位置估算方法。该方法在电机运行时，向非通电相注入高频脉冲电流，获取全周期定子电感信息，利用各相电感值及其大小关系检测转子的典型位置点，再由相邻典型位置点计算电机转速，进一步估算转子在任意时刻的位置。由于所选取的位置点的电感特征受磁路饱和影响较小，较好解决了脉冲注入法受电机负载电流影响而出现位置估算存在较大误差的问题，提高了电机无位置传感器控制中位置的估算精度。借助 Matlab/Simulink仿真软件，搭建了电机无位置传感器控制系统仿真模型，仿真结果与理论分析吻合，验证了方法的正确性。
　　最后，以 TMS320F28335为主控制芯片，一台15kW三相6/4极开关磁阻电机搭建无位置传感器实验平台。并对提出的算法进行了实验验证，实验结果证明了该方法的具有可行性。

目录

第1章 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2 章开关磁阻电机的基本原理及数学模型

2.1 开关磁阻电机基本结构

2.2 开关磁阻电机的工作原理

2.3 开关磁阻电机的基本方程式

2.4 开关磁阻电机的数学模型

2.5 开关磁阻电动机调速系统

2.6 开关磁阻电机的基本控制策略

2.7 本章小结

第3章 基于典型位置电感的无位置传感器控制

3.1 理论基础

3.2 基于典型位置电感法

3.3 无位置传感器控制系统

3.4 基于典型位置电感的无位置传感器控制仿真分析

3.5 本章小节

第4章 开关磁阻电机无位置传感器控制系统

4.1 控制系统硬件结构

4.2 软件程序

4.3 本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1实验平台

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参与科研项目

致谢