可有效提高开关磁阻电机转子位置估算精度的控制方法

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摘要

湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室、湖南科技大学信息与电气工程学院的研究人员匡斯建、张小平、张铸、姜海鹏，在2019年第23期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法”），针对开关磁阻电机因磁路饱和而导致利用其导通相与非导通相电感交点估算转子位置不准的问题，提出一种基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。

首先构建开关磁阻电机导通相饱和电流与导通相和非导通相电感交点相对于其基准位置角度偏移量间的函数关系，并根据该函数关系及实时检测的导通相饱和电流对相应的相电感交点进行修正，从而获得准确的相电感交点位置角度；再由修正后的两相邻电感交点位置角度计算得到电机转速，并由此获得电机转子在任意时刻的位置角度。

该方法由于对相电感交点位置进行了实时修正，因而有效提高了电机转子位置的估算精度。最后通过仿真与实验验证了上述方法的可行性。

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor,SRM）具有结构简单、制造成本低、起动转矩大、起动电流小、可靠性高和调速范围宽等系列优点，因而在众多领域得到了日益广泛的应用。

而开关磁阻电机要实现高性能的调速控制，就必须实时获取转子的位置信息；传统的转子位置检测一般采用位置传感器，但位置传感器的引入不仅增加了调速系统的体积、成本及加工复杂度，同时也降低了调速系统在一些恶劣环境下工作的可靠性。因此针对开关磁阻电机开展无位置传感器研究具有重要意义。

目前国内外针对开关磁阻电机无位置传感器控制已开展了大量的研究工作，提出了多种转子位置估计与无位置传感器控制方法，主要有智能算法、电感模型法和磁链-电流法等。

其中，智能算法需要提供足够多的样本数据来保证转子位置角的非线性映射模型的精度，存在算法复杂、运算工作量大、训练时间长等不足；而电感模型法需事先测量与存储大量的电感-电流-位置角数据来构建模型，占用系统软硬件资源多；相对于上述两种方法，磁链/电流法则具有占用系统资源较少、运算工作量适中等优点，因而获得了较为广泛的应用。

然而磁链/电流法是利用开关磁阻电机导通相与非导通相电感交点的位置角度对电机转子的位置角度进行估算，当导通相电流大于其临界饱和电流后，上述电感交点的位置会随导通相电流的增大而发生偏移，从而导致估算的电机转子位置角度产生较大的偏差，因而严重影响了电机控制精度的提高，但目前还未见针对上述电感交点位置偏移进行补偿以提高电机转子位置估算精度的报道。

针对磁链/电流法存在的上述不足，本文提出一种基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，取得了满意的效果。文中建立导通相电流与导通相和非导通相电感交点相对于其基准角度偏移量间的函数关系，阐述了对相电感交点的位置角度进行修正的具体方法，最后通过仿真和实验对上述方法的正确性进行了验证。

图6  实验装置实物图

结论

针对开关磁阻电机导通相磁路饱和时利用相电感交点进行位置估算会产生较大误差的问题，提出一种基于相电感交点位置角度补偿的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。文中阐述了该方法的基本原理，研究了相电感交点位置角度补偿的具体实现方法，并通过仿真和实验对其效果进行了验证，结果证明了该方法的有效性和可行性，这对于提高开关磁阻电机的控制精度将具有重要意义。

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