一种基于航空三级式电机起动/发电控制系统的转子位置故障识别与补偿方法

技术领域

本发明属于航空三级式电机转子位置辨识技术领域，涉及一种适用于航空起动/发电控制器的电机转子位置故障识别与补偿方法。

背景技术

起动/发电控制系统(简称SGCU)利用航空三级式同步电机的电动/发电可逆原理，实现起动发电的分时复用功能。在发动机点火前，作为起动机带动发动机加速到点火转速后，发动机喷油点火，当发动机独立运行后反过来拖动起动发电机进入发电状态，将发动机的机械能转化成电能，以满足飞机机载系统的供电需求，从而达到一机两用目的。不仅能减轻飞机机载设备重量，还能够提高机载供电系统的稳定性。而在控制器起动过程中，由于起动控制器内部结构复杂，在起动过程中，各种功率回路、数字信号回路、模拟电平信号回路产生的各种频率段谐波信号对转子位置采集和输出信号产生干扰，从而造成读取的转子位置错误，造成电机起动控制时逆变电枢电流阶跃突变，导致电机输出转矩突变；严重时电流过大导致烧毁功率逆变桥，最终造成电机起动失败。

目前航空电机起动控制中，大多采用硬件滤波电路对旋变解码芯片采集的信号进行滤波的方法来解决旋变采集干扰问题，但由于控制器内部结构复杂，相关回路信号相互交错传递，导致产生各种复杂难以分析的频率段或幅值的毛刺谐波，从而导致硬件滤波电路难以剔除毛刺谐波，仍存在旋变干扰。而目前大部分起动控制软件针对存在旋变干扰情况下的处理方式是进一步通过算法滤波，或者根据旋变解码芯片中的LOT和DOS模式进行故障报警，这种处理方式在实际使用中并不能完全实现：在设定时间段内，且存在旋变干扰的情况下，通过软件算法保证电机正常起动功能的需求。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于航空三级式电机起动/发电控制系统的转子位置故障识别与补偿方法，通过软件算法实现了在一定起动时间内，旋变存在干扰的情况下，采用旋变故障识别和补偿方式，保证电机正常起动，且当干扰较大、持续时间较长时能进行软件告警的功能。

本发明提供的一种适用于航空电机起动控制转子位置故障识别与补偿方法，首先通过采集的转子位置计算每个采样间隔内转子位置变化量，采用本周期转子位置变化量与上周期转子位置变化量差值即Δθ

有益效果

本发明解决了旋变受到担扰情况下，在连续的一段时间内出现转子位置采样错误情况下可连续补偿转子位置，以保证电机平稳的力矩输出与升速起动，满足伺服控制系统跟踪控制稳定性与时效性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：转子位置辨识与补偿流程图；

图2：旋变干扰较小情况下主发电流突变波形；

图3：旋变干扰较小情况下主发电压突变波形；

图4：旋变干扰较大情况下主发电流突变波形；

图5：旋变干扰较大情况下主发电压突变波形；

图6：转子位置补偿后全程起动主发电流波形；

图7：转子位置补偿后全程起动主发电压波形；

图8：转子位置补偿后主发电流波形；

图9：转子位置补偿后主发电压波形。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种适用于航空起动/发电控制器的电机转子位置故障识别与补偿方法，该计算方法包含两部分：转子位置故障识别和转子位置补偿，具体算法原理如下：

航空三级式同步电机转速计算公式如下：

n＝60f/n

其中，n为电机机械转速，f为电角度对应频率，n

同步电机主发的电角频率、转子位置电角度变化量公式如下：

ω＝2πf (2)

Δθ

其中，ω为电角频率，Δθ

由公式(1)、(2)和(3)可得转速与Δθ

n＝30Δθ

在电机起动升速过程中，随着转速升高，每采样周期转子位置变化量持续增大；例如：电机极对数n

起动控制算法中，在每个周期起动升速调节过程中，起动角加速度公式为：

由于在一个起动调节周期内(例如调节周期为200us)，转速n基本不变，根据相关实验数据可知当转速n为7000r/min时，角速度ω变化误差范围为31.42rad/s，则Δθ

θ

由于在较短时间内角加速度不变，因此可在一定时间范围内连续采用Δθ

具体转子位置辨识与补偿流程如图1所示，算法流程步骤如下：

第一步：采集转子位置并计算采样间隔内转子位置电角度变化量。

第二步：通过将本周期计算的转子位置变化量Δθ

第三步：当两者差值大于给定阈值时，剔除本周期采集有误的转子位置，通过上周期转子位置θ

第四步：将补偿后转子位置信息带入起动控制算法进行电机起动控制。

本实施例基于18KVA三级式电励磁同步电机及其控制器平台进行算法补偿功能验证，控制器外部输入电压为115V三相交流电，经不可控整流电路给支撑电容充电，经软件判断当电容电压大于270V时软件控制三相全桥逆变电路输出PWM波，进行起动控制。软件PWM发波周期为200us，控制策略采用外环转速环、内环电流环，转子位置判定阈值取4电角度，给定故障次数阈值为500。此控制器由于在起动调试过程中出现旋变信号干扰，在未采用本补偿算法时，导致主发电流和电压发生突变，旋变干扰较小和干扰较大情况下主发电压、电流波形如图2-图5所示。干扰较大情况下，主发电流大于硬件电流保护电路电流阈值430A，PWM停止发波终止起动。

当采用所提出转子位置识别和补偿策略时，三相主发电压与电流波形如图6-图9所示。通过实验实例分析可知，本发明所提转子位置补偿算法在起动控制时，具有良好的转子位置补偿功能，满足电机正常起动需求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。