基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机技术领域，特别是涉及一种基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单坚固、效率高、成本低等系列优点，目前已在矿山机车、新能源汽车等众多领域得到了广泛应用。然而要实现开关磁阻电机的高性能调速控制，就必须实时获取其转子的准确位置信息；传统获取其转子位置信息主要采用位置传感器，但这种方式不仅增加了系统的体积和成本，而且给系统安装与维护造成了不便，因此开展开关磁阻电机无位置传感器控制研究具有重要意义。

目前在开关磁阻电机无位置传感器控制方面已开展了大量研究并提出了多种控制方法，其中以全周期电感法具有原理简单、精度高及计算量小等特点而得到了较为广泛的应用；然而该方法却存在受电机转速影响大等不足。针对该问题，专利(基于变速补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，申请号：202211359934.5)提出了一种变速补偿的方法，虽然取得了较好的补偿效果，但该方法由于采用单一补偿函数，仍存在不同转速下补偿效果不一致的不足。

发明内容

针对上述要解决的技术问题，本发明提供一种基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，能有效克服电机因转速变化对其转子位置角度估算精度的影响。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，在电机额定转速范围内分为低速区间和高速区间，分别获取每个区间不同转速下电机转子转过某一位置的估算位置角度，并与该位置的角度测量值比较，得到对应的角度偏差；确定两个区间内角度偏差与电机转速间的函数关系；根据所得函数关系对电机实际转速下的估算位置角度进行修正，得到准确位置角度。

作为上述技术方案的进一步改进为：

进一步地，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：在开关磁阻电机额定转速范围内，将电机转速分为低速区间和高速区间两个转速区间；

步骤2：针对每个转速区间，分别等间距选取n组转速ω

步骤3：根据步骤2所选取的每组转速ω

步骤4：根据步骤3所得每组转速下对应的角度偏差，采用数值拟合方法得到两个转速区间角度偏差Δθ与对应电机转速ω间的函数关系Δθ(ω)；

步骤5：根据步骤4所得角度偏差函数关系及电机运行的实际转速ω’，得到电机在实际转速ω’下估算位置角度相对于实际位置角度的偏移量Δθ(ω’)；

步骤6：根据步骤5所得偏移量Δθ(ω’)对电机转子估算位置角度θ'进行修正，得到电机转子在对应实际转速ω’下的准确位置角度θ

步骤7：根据步骤6所得电机转子的准确位置角度θ

进一步地，所述步骤1中，取电机转速为0至额定转速的二分之一所对应区间为低速区间，取电机额定转速的二分之一至额定转速所对应区间为高速区间。

进一步地，所述步骤4中，低速区间中角度偏差与电机转速间的函数关系式为：

式中：Δθ(ω)表示角度偏差函数，ω表示电机转速，a

进一步地，所述步骤4中，高速区间中角度偏差与电机转速间的函数关系式为：

式中：Δθ(ω)表示角度偏差函数，ω表示电机转速，h

进一步地，所述步骤6中，电机转子在对应实际转速ω’下的准确位置角度θ

θ

式中：θ’表示电机转子在实际转速ω’下转过某一位置时的估算位置角度，Δθ(ω’)表示电机转子在实际转速ω’下对应的位置角度偏移量，θ

本发明提供的基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，与现有技术相比，有以下优点：

本发明的基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，首先根据开关磁阻电机的额定转速将其转速分为低速与高速两个区间；针对每个区间等间距选取若干组转速；针对每组转速通过全周期电感法估算出电机转子在转过某一位置时的位置角度，并将其与该位置的实际位置角度比较，得到相应的角度偏差；采用数值拟合方法分别得到各区间内其角度偏差与电机转速间的函数关系；根据所得函数关系及电机运行时的实际转速对其转子估算位置角度进行修正，即可得到电机转子在该转速下的准确位置角度；根据该位置角度即可实现开关磁阻电机无位置传感器的高性能调速控制。与现有技术相比，本发明提供的基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法有效克服了电机因转速变化对其转子位置角度估算精度的影响，且具有算法简单、变速补偿精度一致性高等特点，具有较好的应用价值。

附图说明

图1为本发明应用实施的流程图。

图2为本发明提供的开关磁阻电机变速分段补偿控制方法与传统变速补偿方法的效果对比图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，为本发明基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法的控制方法流程图，以某6/4极开关磁阻电机为例，其主要参数如表1所示，本发明实施例提供的方法具体步骤如下：

步骤1：取电机转速为0至额定转速的二分之一所对应区间为低速区间，取电机额定转速的二分之一至额定转速所对应区间为高速区间。

根据表1所示参数，设电机额定转速为3000rpm，即转速范围0～1500rpm为低速区间，转速范围1500～3000rpm为高速区间。在低速区间内任取100rpm为起点，并以100rpm为间隔，等间距选取14组转速数据(可任意选取起点、间隔设定值及组数)；在高速区间内任取1600rpm为起点，同样以100rpm为间隔，等间距选取14组转速数据，如表2所示。

表1某6/4极开关磁阻电机主要技术参数

步骤2：针对每组转速数据，采用全周期电感法估算出电机转子在转过某一位置时的位置角度θ

全周期电感法是针对开关磁阻电机非励磁相采用脉冲注入方式，获得电机的电感值，根据两相邻电感交点的位置角度及其转子转过两交点对应的时间得到其对应区间的转速，根据所得转速来估算下一相邻区间的位置角度。

步骤3：将所估算的位置角度θ

Δθ

式中：θ

设取上述实际位置角度θ

表2不同转速对应的位置角度偏差Δθ

步骤4：根据步骤3所得两个区间的电机转速及其相应的角度偏差，采用数值拟合方法，分别得到其角度偏差与电机转速间的函数关系式，具体为：

1)低速区间：角度偏差与电机转速间的函数关系式为：

式中：Δθ(ω)表示角度偏差函数，ω表示电机转速，a

表3低速区间角度偏差函数的各项系数

2)高速区间：角度偏差与电机转速间的函数关系式为：

式中：Δθ(ω)表示角度偏差函数，ω表示电机转速，h

表4高速区间角度偏差函数的各项系数

将表3和表4中各项系数分别代入式(2)和式(3)中，即可得本实施例所用电机所对应低速和高速区间内的角度偏差函数，分别如式(2’)和(3’)所示：

步骤5：在电机额定转速范围内任取转速分别为100rpm、700rpm、1200rpm、1400rpm、2300rpm、2500rpm、2700rpm、2900rpm，并将上述转速分别代入式(2’)或式(3’)中，得到相应的位置角度偏移量Δθ(ω’)，如表5所示。

表5不同转速对应的位置角度偏移量

步骤6：将表5所得位置角度偏移量Δθ(ω’)代入公式(4)，即可得到电机转子在该实际转速下的准确位置角度θ

θ

式中：θ’表示电机转子在实际转速ω’下转过某一位置时的估算位置角度，Δθ(ω’)表示电机转子在实际转速ω’下对应的位置角度偏移量，θ

根据公式(4)，可得不同实际转速下经补偿后的位置角度如表6所示：

表6不同转速下补偿后的位置角度

为了说明本发明所提出的基于变速分段补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法(简称本方法)的效果，将其与专利《基于变速补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法(CN202211359934.5)》(简称对比方法)进行对比分析。两种方法都采用表1所设置的电机参数并取相同转速进行对比分析，如仍取电机转速分别为100rpm、700rpm、1200rpm、1400rpm、2300rpm、2500rpm、2700rpm、2900rpm进行相关分析，则可得经两种方法补偿后的估算位置角度相对于其实际位置角度的偏差如表7所示。

表7两种方法补偿后的估算位置角度相对于其实际位置角度的偏差

根据表7所示数据，可得两种方法对应的补偿效果对比图，如图2所示。可见，采用本发明所提出的变速分段补偿方法对电机转子的估算位置角度进行补偿后，不仅其补偿精度的一致性相对于对比方法得到了大幅提升，而且其总体补偿精度也较对比方法得到了一定提高，因而可有效提高开关磁阻电机无位置传感器的控制效果。

上述实施案例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。