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开关磁阻电机无位置传感器起动和低速算法的研究

作　者: 邹东坡
导　师: 邓智泉
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 开关磁阻电机无位置传感器电流双阀值非对称电感注入脉冲
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

开关磁阻电机（简称SRM）以其结构简单、体积小、效率高、调速范围广等优点在许多领域内得以广泛关注和应用。对于开关磁阻电机驱动系统而言，实时准确的位置信息是其可靠运行的重要保证。目前大多数开关磁阻电机采用光电传感器、磁敏传感器、旋转变压器等轴位置传感器获取转子的实时位置信息，不仅增加了电机结构和控制系统的成本和复杂性，在一些特殊工作条件下（如油污、高温、粉尘等），其可靠性也不能得到保证。因此直接利用绕组的电流、电压获取电机转子位置信息，研究高效率、低成本、高可靠性的无位置传感器技术具有重要的意义。本文首先介绍了开关磁阻电机的理论基础、运行原理和传统数学模型。根据开关磁阻电机的电压方程和起动时各参数的特点，提出了一种基于注入脉冲的无位置传感器控制算法。起动前对电机三相绕组注入短时电压脉冲，根据响应电流和绕组电感的关系，确定初始导通相。一相导通时，非导通相继续保持电压脉冲的注入，通过比较非导通相的响应电流，确定电机的换相点，实现电机三相轮流导通，从而完成电机的起动过程。在此基础上，增设阀值比较环节，消除了电感下降区的误导通信号，从而避免了负转矩的产生。仿真与实验结果表明，该方法可以实现三相开关磁阻电机的无位置传感器起动，使电机从静止达到一定转速，从而验证了所提方案的可行性。然后，研究了一种基于注入脉冲的电流双阀值的低速运行时的无位置传感器技术。在电机低速运行过程中，利用非导通相响应电流幅值包络线之间的关系设定阀值，结合设定的电流阀值实现换相，无需解算转子的实时角度，控制算法简单。仿真和实验验证了其可行性。最后，提出了一种开关磁阻电机在非对称电感条件下的无位置起动方法。对于实际的开关磁阻电机而言，机械加工难以保证各相绕组电感特性的完全对称性，这样将导致无位置算法起动迟滞或反转。本文基于对称电感分区的注入脉冲的起动方法，深入分析了非对称电感特性，提出了非对称电感条件下的修正算法。仿真结果表明，该方法可以消除不对称电感在分区起动方法中的判断失误，避免了起动迟滞或反转。文章采用MATLAB软件作为仿真工具，研究开关磁阻电机控制系统的仿真和无位置控制算法的实现，并结合现有的硬件设施，对电机的运行特性和提出的控制算法予以实验验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 引言  13
  1.2 选题背景及意义  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-15
  1.4 经典注入脉冲法  15-17
    1.4.1 电感分区法  15-16
    1.4.2 综合矢量法  16-17
  1.5 本文研究意义和内容安排  17-19
第二章开关磁阻电机的结构原理和数学模型  19-27
  2.1 SRM 的基本结构  19-20
  2.2 SRM 的工作原理  20-21
  2.3 SRM 的理论基础  21-23
    2.3.1 SRM 电路方程  22
    2.3.2 SRM 机械方程  22-23
  2.4 SRM 的数学模型  23-26
    2.4.1 线性模型  23-24
    2.4.2 准线性模型  24-25
    2.4.3 非线性模型  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章基于注入脉冲的 SRM 无位置起动方法  27-34
  3.1 非导通相电流法理论基础  27-30
  3.2 仿真分析  30-31
  3.3 实验验证  31-32
  3.4 本章小结  32-34
第四章电流双阀值的 SRM 无位置低速算法  34-47
  4.1 理论基础  34-39
    4.1.1 注入脉冲和响应电流  34-35
    4.1.2 数字滤波  35-39
      4.1.2.1 优缺点  35-36
      4.1.2.2 滤波方式  36-38
      4.1.2.3 滤波方式选择  38-39
  4.2 电流阀值法  39-44
    4.2.1 单阀值轮流导通  39-41
    4.2.2 双阀值轮流导通  41-43
    4.2.3 动态双阀值  43-44
  4.3 实验验证  44-46
  4.4 本章小节  46-47
第五章基于不对称电感的 SRM 起动算法的研究  47-54
  5.1 电感分区起动方法  47-49
  5.2 不对称电感分析  49-50
  5.3 电感分区方法的改进  50-51
  5.4 仿真验证  51-53
  5.5 本章小结  53-54
第六章 SRM 仿真模型和系统硬件设计  54-66
  6.1 SRM 仿真模型  54-57
    6.1.1 电机本体  54-55
    6.1.2 功率变换器  55
    6.1.3 驱动模块  55-56
    6.1.4 斩波模块  56
    6.1.5 无位置控制算法模块  56-57
  6.2 SRM 系统硬件  57-65
    6.2.1 功率变换器  57-58
    6.2.2 驱动电路  58-60
    6.2.3 电流、电压检测电路  60-62
    6.2.4 数字控制电路  62-63
    6.2.5 CPLD 控制电路  63-65
      6.2.5.1 CPLD 的功能  63-64
      6.2.5.2 CPLD 的设计原则  64-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章总结与展望  66-67
  7.1 全文总结  66
  7.2 工作展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-73
攻读硕士学位期间发表论文及专利情况  73

开关磁阻电机无位置传感器起动和低速算法的研究

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