基于PWM控制的开关磁阻电机中低速无位置传感器控制方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252015V01．36No．72340．2349ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn基于PWM控制的开关磁阻电机中低速无位置传感器控制方法胡荣光1，邓智泉1’*，蔡骏2’3’4’5，王骋11．南京航空航天大学自动化学院，南京2100162．南京信息工程大学信息与控制学院，南京2100443．江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心，

2、南京2100444．江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京2100445．英国谢菲尔德大学自动控制与系统工程系，谢菲尔德S13JD摘要：无位置传感器的中低速运行控制是开关磁阻电机研究的难点问题。为实现中低速阶段对转子位置的连续估计，提出一种基于PWM控制的无位置传感器方法。该方法将开通关断角所对应的参考信号与高频三角载波进行交截，并将得到的PWM信号作为不对称半桥功率变换器的开关管驱动信号。通过对PWM信号进行频谱分析可知，该PWM注入方式等效于注入载波频率的高频正弦信号。然后，对电流信号进行滤波及坐

3、标变换处理，解算出连续的转子位置信息。针对电感曲线正弦度不高的问题，通过移相相减的方法消除二次谐波，简化了位置估计过程。该方法无需额外注入高频正弦信号，易于工程实现，并具备高频信号注入法的精度。最后针对一台12／8结构样机，进行了相应的仿真和实验，验证了该方法的可行性。关键词：PWM控制；高频信号注入；位置估计；无位置传感器；开关磁阻电机中图分类号：V242．44；TM352文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)07—2340一10开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMoto

4、r，SRM)由于其结构简单、控制灵活、容错能力强以及能够适应恶劣环境等特点，现已经被广泛应用于航空航天、电动汽车、油田采矿和家用电器等领域。SRM的运行需要实时的转子位置信息，但是传统的光电、磁敏等硬件位置传感器存在成本高、体积大、可靠性低和应用环境受限等问题。因此，研究SRM的无位置传感器技术十分必要[1。2]。SRM无位置传感器技术一般分为两种：离散估计方法和连续估计方法。其中，离散估计方法通过计算电机转速，并结合固定位置角度来得到转子的实时位置信息，多用在对成本或精度要求不高的场合；连续方法则是对转

5、子位置信息进行实时估计，主要用在精度要求高的场合。为了能够获得伺服电机的运行性能，无位置传感器方法应具有高精度和宽范围的特点。然而，由于信号频率在中低速阶段很低，诸如基于非导通相脉冲注入的响应电流比较法[3q]、阈值法[5]、斜率差值比较法[63等离散估计方法在一个周期内只能确定一个或几个位置点，当转速不稳定时无法保证所有位置的估计精度。能够实现连续估计的方法有传统的磁链电流法[7]、模糊逻辑和神经网络等智收稿日期：2014一08-22；退修日期：2014—09—23；录用日期：2015-01-12；网络

6、出版时间：2015-01-3015：06网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V．20150130．1506001．html基金项目：国家自然科学基金(51277094)*通讯作者．Tel．：025-84892714Email：dzq@nuaaeducn萼

7、甩格式

8、HuRG，DengZO，CaiJ．etaLSensorlesscontrolofswitchedreluctancemotoratlowandmediumspeedsbasedonPWMcon．trolEJJ

9、．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(7)：2340-2349．胡荣光。邓智泉，蔡骏，等i基fPWM控剁的开关磁阻电视中低速无位i传感器控钢方法【J]航空学报。2015．36(7)：2340-2349．胡荣光等：基于PWM控制的开关磁阻电机中低速无位置传感器控制方法能拟合算法[8。9]、响应电流峰值模型法[10-111以及电感模型法[12。”1等，但是这类方法需要通过有限元仿真或离线测量来得到一定的初始参数，以建立复杂的数据表格或数学模型，处理过程十分繁

10、琐。且这些数据和模型对于不同的电机无法通用，因此这类算法的可移植性较差。对于目前较为先进的电感矢量法[1扣15]和电感线性区模型法¨引，则对电机电感的正弦度有一定的要求。因此，如何在SRM中低速运行阶段实现连续位置估计仍是一个难点。目前，基于高频正弦注入的无位置方法在永磁同步电机上使用的较多，其基本原理是利用凸极电机的凸极效应或隐极电机d轴、q轴磁路饱和程度的差异，通过注入特定的高频电压(电流)信号，并检测电机中对应的电流(电