开关磁阻电机位置检测方法

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基于归-磁链／电流法的开关磁阻电动机间接位置检测

设计新
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触持电棚２１第期０年５１
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基于归一磁链／电流法的开关磁阻电动机间接位置检测
ｓｌｅｈｒｂｅｏｗｕｉｚｔｎｒｔｈｉｃｏ — ｐｔｂｅａｃｒｉｇｔｅｏｉｉａｄｔｆｔｄｔｎｕｎａｅｏｖｄｔｅｐｏｌｍｆｌｔｉａｉａｅｉｔｅｄｒｔｏｋｕｌｃｏｄｎｔｒｎｌａａｏａｉｏａｆｘｌｋｇｏｌｏｎｅｌａｏｈｇｒｉｌｌｉｍｅｈｄＩｃｎｅｔｔｏｏｏｉｏｎｌａｃｒｔｌ．ｈｅｓｒｓｏｉｏｓｉｔｎｍｏｕｅｗｓｅｔｂｉｅｎｅｉｔｏ．ｔａｓｉｅｒｔｒｓｉｎａｇｅｃｕａｅｙＴｅｓｎｏｌｓｐｓｔｎｅｔｍａｐｔｅｉｍａｉｄｌａｓｌｈｄｕｄｒＳｍ— ｏａｓ
位置角。该方法解决了传统磁链／电流法依据原始磁化数据形成查找表且表格利用率低的问题，能够较准确地估算电机转子位置。利用Ｍｔｂａａ提供的Ｓｍｌｋ系统环境对开关磁阻电机间接位置检测方案建立仿真模型，ｌｉｕｎｉ仿真结果表明电机运行在不同转速下，该方法均能对转子位置进行估算且具有较高的精度和可靠性。
ｕｉｋｓｓｅｅｖｒｎｎｔｐｏｉｄｂｔａ．ＳｍｕａｉｎｓｏｈｔｔｉｔｄｃｎｅｔｍａｅｔｅｒｔｒｐｓｔｏｔｈｉｈｌｎｙｔｍｎｉｏｍｅｒｖｄｅｙＭａｌｂｉｌｔｏｈｗｓｔａｈｓｍｅｈｏａｓｉｔｈｏｏｏｉｉｎｗｉｈｇ

开关磁阻电机模糊滑模观测器间接位置检测

（Ｓｃｈｏｏｌｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｒｂａｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）
滑模面。详细分析了基于电磁转矩的误差函数构造方法及其选取过程，该误差函数能反映电机转
子位置误差与转速误差，讨论了滑模观测器稳定运行条件及参数选取，在此基础上推导了模糊控制规则，设计了模糊滑模观测器。通过仿真和实验分析，验证了模糊滑模观测器能柔化控制器的输出
ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｆｕｚｚｙｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｏｂｓｅｒｖｅｒｆｏｒＳＲＭ
ＺＨＯＵＹｏｎｇ－ｑｉｎ，ＷＡＮＧＸｕ－ｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕ－ｇｕａｎｇ，ＣＵＩＤｉ
周永勤，王旭东，张玉光，崔迪
（哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘
要：研究开关磁阻电机滑模观测器间接位置检测方法，针对传统滑模观测器存在抖振影响系统
动态性能的问题，引入模糊控制，用模糊控制器调节开关函数的输出幅值，以抑制抖振并快速到达

开关磁阻电机转子位置检测技术综述(一)

Ａｂｔａｔｗｔｈｄｒｌｃａｃｔｒ（Ｒ）ｄｉｅＳａｄａｃｄｍｅｈｎｃｌｅｅｔｎｃｄｖｃｓｎｔｓｒｃ：ＳｉｅｅｕｔｎｅｍｏｏＳＭｃｒｓｉｎａｖｎｅｃａｉａｌｃｒｉｅｉｅ，ａｄｉｖｏ
ｒｌａｉｔｎｄｐｅａｇ．Ｔｅａｔｃｅｐｅｅｔｄａａｙｉｆｃａａｔｒｓｉｓｅｉｂｌｙａｄｗｉｅｓｅｄｒｎｅｈｒｉｌｒｓｎｅｎｌｓｓｏｈｒｃｅｉｔｃ，ｗｏｋｎｒｎｉｌｎｒ－ｉｒｉｇｐｃｐｅａｄｔａｉ
摘
要：开关磁阻电机是一种先进的机电一体化装置，它具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、调速范
围广等优点，在工业应用中受到青睐。该文根据开关磁阻电机控制特点，分析了开关磁阻电机转特点、工作原理及传统转子位置检测方法，结合国内外基于开关磁阻电机转子位置检测的相关文献，综述了开关磁阻电机转子位置检测技术发展概况，并分析了每种检测技术的优缺点。关键词：开关磁阻电机；转子位置；检测技术
ｓｔｈｄｒｌｃａｃｔｒｃｎｒ１ｔａｓｉｃｓｅｈｖｒｉｗｆｋｎｓｏｅｅｔｇｒｔｒｐｓｔｏｏＲＭｗｉｅｅｕｔｎｅｍｏｏｏｔｏ．ＩｌｏｄｓｕｓｄｔｅｏｅｖｅｏｉｄｆｄｔｃｉｏｏｏｉｎｆｒＳｃｎｉ

开关磁阻电机转子位置软测量建模与仿真

ＡＢＳＲＡＣＴ：ｏｏｏｉｏｅｅｔｎｉｅｓｎｉｌｔｅｓｅｄｒｇｌｔｎｓｓｅｏＲＭ．ＤｏｔｈｏｂｙｓｌｎＴＲｔｒｐｓｉｎｄｔｃｉｓｓｅｔｏｔｐｅｅｕａｉｙｔｍｆＳｔｏａｈｏｕｏｔｅｄｕｌａｉｔｅｓｒｃｕｅｏＲＭ，ｉｏｏｏｉｏｉｈｙｎｎｉｅｒｕｃｉｎｏｔｔｒｗｎｉｇｃｒｅｔｎｕｎａｅＯｇｎｒｔｕｔｒｆＳｔｒｔｒｐｓｉｎｉａｈｇｌｏｌａｎｔｆａｏｉｄｎｕｒｎｄｆｘｌｋｇ，Ｓｅｅ－ｓｔｓｎｆｏｓａｌｉａｉｅｒｍｅｈｄｒａｄｔｃｉｖｒｃｓｅｕｔ．ＴｉｐｐｒｐｅｅｔｎａｐｏｃｆｒｔｒｏｉｏｓｉｔｎｆｒｌｌａｔｏｓａｅｈｒｏａｈｅｅｐｅｉｒｓｌｎｅｓｈｓａｅｒｓｎｓａｐｒａｈｏｏｏｓｉｎｅｔｐｔｍａｉｏｏｓｔｈｄｒｌｃａｃｔｒｂｓｄｏＰｎｕａｅｗｒ．Ｉｈｓｔｅｉ．ｏｅｓｒｍｏｅｉｇｆｒＳｗｉｅｅｕｔｎｅｍｏｏａｅｎＢｅｒｌｎｔｏｋｎｔｉｈｓｓＳｆｓｎｏｄｌｏＲＭｏｏｏｉｏ — ｃｔｎｒｔｒｐｓｔｎｕｉ
ｓｎｉｇＢＰｕｒｅｗｏｋｉｓｄｆｒｔｅＢＰｕａｅｗｏｋ，ｈｅｔａｎｎａａａｅｃｍｐｉｅｆｍａｎｔｚｉｎｄｔｆｔｅｎｅａｎｔｒｓｕｅｈｌｏｎｅｒｎｔｒｔｒｉｉｇｄｔｒｏｒｓｄｏｇｅｉｔａａｏｈｌａｏＳＲＭｎｗｈｉｈｔｈｓｕｒｅｔａｄｐｈｓｕｉｋｇｒｎｕｔｎｈｅｃｒｅｐｏｉｇｐｓｔｏｓｔｅｏｔｕ．ｉｃｈｅｐａｅｃｒｎｎａｅｆｘｌｎａｅａｅｉｐｔｄａａａｄｔｏｒｓｎｄｎｏｉｎｉｈｕｐｔｌｉＴｈｏｇｆｒｕｈｏｆ—ｌｎｎｄｏｌｎｒｉｉｇ，ｈｅｒｌｎｅｗｏｋａｉｄｕｏｒｌｔｏｍｏｇｐａｅｃｒｅｔｐａｅｉｅａｎｉｅｔａｎｎｔｅＢＰｎｕａｔｒｃｎｂｕｌｐａｃｒｅａｉｎａｎｈｓｕｒｎ，ｈｓｌｘｌｎｇｎｏｉｉｔｅｅｙｆｃｌａｉｇｔｅｄｔｃｉｎｏｆｕｉｋａｅａｄｐｓｔｎ，ｈｒｂａｉｔｔｎｈｅｅｔｏｆｔｏｏｏｓｔｏｅｏｌｓ．Ｔｈｅｓｍｕｌｔｏｎｘｅ — ｏｉｈｅｒｔｒｐｉｉｎｓｎｓｒｅｓｉａｉｎａｄｅｐｒｉ

开关磁阻电机霍尔位置信号的故障诊断方法

开关磁阻电机霍尔位置信号的故障诊断方法
邵杰;王业超
【期刊名称】《电子测量与仪器学报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】开关磁阻电机(SRM)驱动系统的可靠运行,需要位置传感器提供可靠的位置信号。

因此针对霍尔位置传感器时常故障影响电机正常工作的问题,研究一种有效的位置信号诊断方法对于提高系统工作可靠性是有重要意义的。

本文提出了一种时间阈值与状态预测相结合的故障诊断方法。

首先分析了位置传感器故障的类型和发生位置;其次对所提出的基于时间阈值结合状态预测的方法作了理论分析,该方法将3个位置信号组合的实际状态值与预测状态值作实时比对,结合状态值转换时间进行阈值约束从而检测出各种故障并达到快速准确的效果;最后,为了验证所提方法的有效性,以三相12/8结构电机作为研究对象,对该方法进行了实验验证。

实验结果证明了该方法在故障检测中的可行性和有效性。

另外,该方法无需复杂的计算和额外硬件即可实现,可推广到无刷直流电机(BLDC)等驱动系统使用。

【总页数】10页(P43-52)
【作者】邵杰;王业超
【作者单位】曲阜师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM352
【相关文献】
1.一种开关磁阻电机位置信号故障诊断与容错控制方法
2.开关磁阻电机中霍尔位置传感器细分电路
3.12/10开关磁阻电机无位置传感器初始位置检测方法的研究
4.开关磁阻电机无位置传感器故障诊断与容错技术
5.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
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开关磁阻电机转子位置检测技术综述_一_

0
引
言
开关磁阻电机 ( Switched Reluctance Motor，简称为 SRM 或 SR 电机) 是一种基于变磁阻原理工作的电机，其定子和转子都是凸极式齿槽结构，均由普通硅钢片叠压而成。转子中既无绕组也无永磁体; 而定子极上有集中绕组，空间上径向相对的定子齿上两个绕组串联或并联构成一相的两个磁极。开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、成本低廉、鲁棒
第 44 卷 2011 年
第3 期 3月
M ICROM OTORS
Vol. 44． No. 3 Mar. 2011
开关磁阻电机转子位置检测技术综述 ( 一 )
吴红星，倪
摘
天，郭庆波，叶宇骄
( 哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001 ) 要: 开关磁阻电机是一种先进的机电一体化装置，它具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、调速范
3期
吴红星等: 开关磁阻电机转子位置检测技术
· 79 ·
· 80 ·
44 卷
3期
吴红星等: 开关磁阻电机转子位置检测技术
· 81 ·
· 82 · 即 θ0 处相电流梯度会发生变化，由正变为负。根据 SRM 相电流的这一特征，通过检测相电流梯度即可准确获得 θ0 ，进而估算转速和其他位置。 ( 7 ) 电流斩波波形法 10］文献［介绍了基于电流斩波控制的特点和电流斩波波形，利用电流的上升或下降时间判断转子的位置，分别为基于斩波波形的电流上升时间法和基于斩波波形的电流下降时间法。电流斩波波形如图 11 所示，斩波电流的最大值为 I max ，最小值为 I min ，最大值与最小值的电流差为 Δi，将电流从最小值 I min 上升到最大值 I max 的上升时间记为 t r 。式中 L0 ( i ) = 1 1 ( L a + L u ) + L m 2 2 1 L1 ( i ) = 2 ( L a － L u ) L ( i) = 1 1 ( L a + L u ) － L m 2 2 2

无位置传感器的开关磁阻电机转子位置检测技术_周素莹

) 与电流的关系曲线图 3 k ( Η ,Κ
这种方法需要选择合适的参考位置, 参考电流过大或过小都会给估计带来较大误差。 2. 1. 2. 3 考虑起动状态的磁链估计法[ 2, 13～ 16 ] 起动时, 由于电机无位置传感器, 因此无法直接得到起动时转子的初始位置和运行时的关断、开通位置, 需要通过一定的间接位置检测技术来得到。这种方法充分考虑了电机起动的起动因素。在电机静止时, 对每相电机绕组通低幅测试脉冲, 得到一定的测试电流峰值, 由于转子静止, 可忽略绕组电阻影响, 则测试电流峰值与绕组电感成反比, 测试电流峰值分别代表各相绕组电感, 因此转子的初始位置即可确定。然后给电机施加具有一定持续周期的电压脉冲, 使电机能够运行。在电机运行时, 选择电流值最大的相进行判断, 其原因是对于高性能的控制系统来说, 为得到电机的最大转矩, 需要在电感下降区域前建立相电流。磁链可通过下述离散的关系式得到: Κ( k ) = Κ( k - 1) + {v ( k - 1) i ( k - 1) ]}T
1985 年提出的, 是最早的无位置传感器检测方
案。由于 SRM 的相电流变化率取决于增量电感, 而增量电感又是由转子位置决定的, 因此根据这一规律可解算出转子的位置。解电机一相绕组的电压简化方程为 ) di dL ( Η ) + i U = R i+ L ( Η dt dt 可得相绕组的瞬时电感为 ) ]eA t + B [ - B + A L 0 (Η )= ( 1) L (Η
Rotor Pos ition D etection Techn iques of Sw itched Reluctance M otor w ithout Pos ition Sen sor Zhou Suying L in H u i

12／10开关磁阻电机无位置传感器初始位置检测方法的研究

置传感器的调速系统是一大研究热点。开关磁阻电机（ｗｔｅｅｕｔｎｅＭｏｒ简为ＳＭ）动ＳｉｈｄＲｌｃｃｔ，ｃａｏＲ起
时转子初始位置的检测及初始导通相的判别是一
个需要首先解决的关键问题。若因初始位置检测
ｐｓｔｎｓｎｏｌｓＲＭｔｏｔｒｖｒｉｇｃｎｂｃｉｖｄ，ｉｈｍｅｎＲＭａｅｐａｔａｌｎｓｍｅｒｖｒｉｇｏｉｏｅｓｒｓＳｉｅｗｉｕｅｅｓｎａｅａｈｅｅｗｈｃａｓＳｈｃｎｂｒｃｉｂｅｉｏｅｅｓｎ・ｃ
（苏大学电气信息３程学院，江２２１江－镇１０３）
摘要：出了一种无位置传感器的开关磁阻电机的初始位置检测方法，提即依次给定子相注入电压脉
冲，利用各相测试电流与定子电感和转子位置的关系，确定转子初始位置及其相应初始导通相，而实现转子从
维普资讯
《电机与控制应用＞０６３（）＞０，３４２
１／０开关磁阻电机无位置传感器初始位置检测方法的研究２１
１／０开关磁阻电机无位置传感器２１
初始位置检测方法的研究术
蒋海波，赵德安，孙晓明，刘东，郑桨
不正确或初始导通相误判而使起动时转子出现反转现象，造成电机运转紊乱并使之无法进入正将
常的运转状态。
用任何转子位置传感器的情况下都能平稳、可靠地起动ＳＭ，．ｕ和ＬＸＲＪＢ．ｕ提出激励所有的定子相并持续一小段时间，据ＳＭ的磁链一电流一根Ｒ

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国内对无位置传感器检测技术的研究
2020/7/31
导通相检测法
导通相检测法是利用导通相导通时所表现出来的相绕组特性来检测转子位置。但是由于电机绕组所表现出来的非线性,必须采用非线性检测法,模型比较复杂,对芯片的运算速度要求也比较高。
不需任何人为产生的电压电流信息,直接以电机运行时的电流电压信息为基础,根据电机的实际模型或特性曲线得到位置信息。
电流波形检测法：最早的无位置传感器检测方案
i dL( ) d i dL( ) d dt d
2020/7/31
优点：原理简单,不需要外加电路。缺点：电感的计算时间较长,算法易受噪声信号的影响。
2020/7/31
磁链法
其基本思想是忽略绕组互感的影响，基于开关磁阻电机的磁链、电流和转子位置角之间的关系来检测转子位置。
T 1 i2 dL
2 d
2020/7/31
线性模型下的绕组相电流波形图
2020/7/31
简化磁链法
位置检测的目的就是提供换想逻辑，在电机单项轮流导通时，并不需要转子每一位置的信息，只要能够判断是否已达到换相的位置即可。因此只需将积分得到的估计磁链值与对应当前电流的换相位置的参考磁链值相比较，如果前者大于后者，则认为换相位置已到，管断当前相，导通下一相；反之，则认为换相位置未到，继续导通当前相。
2020/7/31
相电流梯度法
2020/7/31
相电流梯度法
比较与0 上一个之0 间的时间间隔，可求得电机的转速，这个时间间隔乘以极数即电机旋转一周的时间。结合与0电机的转速可控制和 1，即下2 一相导通时间和该相关断时间，从而实现单拍和双拍控制。
单拍：用于高速段，可减少转矩脉动双拍：起动和低速段，有利于产生有效转矩
2020/7/31
参考磁链的获得
参考磁链的获得：换相位置一般都靠近电感最大位置，因此该算法只测试存储最大电感位置的磁链-电流曲线，然后再乘以一个小于1的系数k来得到对应换相位置的参考磁链值。
优点：算法中只需要计算最大电感位置的磁链-电流曲线，然后查询二维表，所需内存小，算法简单快速，此时结果较为准确可靠。
缺点：需要外加检测电路，成加元件法
附加元件法是在电机内部的适当位置上增加一些元件，在电机运行时这些元件的输出信息也随转子周期性地发生变化，利用这种特性可以估算出转子的位置。根据附加的元件不同，可分为极板电容检测法和附加电感线圈法。
2020/7/31
uk
Rsik
d (i, )
dt
t
est (uk Rsik )dt 0 0
( ,ik )
不同转子位置角 (ik , ) 曲线图
优点：原理简单缺点：由于要建立并查找一个电流/磁链/位置的三维表,算法复杂,计算时间长,占用内存大,灵活性差等。针对磁链法的不足,提出了简化磁链法。
简化磁链法
2020/7/31
基于电流斩波波形的检测法（适用于低速）
电流上升时间法
利用电流的上升或下降时间判断转子的位置，分别为基于斩波波形的电流上升时间法和基于斩波波形的电流下降时间法。
i
Im ax I
Im in
0 on
off
2off -on
2020/7/31
电流下降时间法
与电流上升时间法相比，不同之处在于它不需要电压传感器检测电压。
2020/7/31
注入脉冲法
初始位置检测：电机静止时，同时向三相注入高频电压脉冲
低速运行时的位置检测：同时向非导通相注入电压脉冲
2020/7/31
初始位置检测
1、电机静止时， 0 2、忽略绕组的电阻压降 3、电机静止时，电感保持不变
向绕组中注入幅值一定的电压脉冲，其响应电流的幅值大小：
优点：原理简单，成本较低，不需要外加测试信号，提高了电机的可靠性和容错能力; 低速运行情况下，由于旋转电动势很小，可忽略，位置估计较为精确。
缺点：该方法受电机转速、电压波动以及斩波电流的影响，不适合在高速下使用。
2020/7/31
非导通相检测法
非导通相检测法通过控制向非激励相注入高频低幅的测试信号，测量出电流或其它信息，通过计算和分析得到转子位置信息。此类方法算法比较简单，适合于电机启动和较低转速时的转子位置估计，但由于测量过程需要注入高频激励信号，易引起负转矩，影响整个系统出力和效率，另外使控制电路复杂。
2020/7/31
一相响应电流的峰值与转子位置关系三相响应电流的峰值与转子位置关系
2020/7/31
低速运行时的位置检测
当 SRM 的一相正在工作时，对另外两个相邻的非工作相同时施加脉冲激励，得到相应的响应电流，比较其响应电流的大小来决定下一相何时导通。
优点：换相点的判断只与响应电流的相对变化有关，而与其值的大小无关，因此抗干扰性较强，采用两个非工作相进行判断，不仅提高了判断的精度，而且还可以减小电压波动和负载波动的影响，从而减小了检测误差。
极板电容检测法
在电机定子槽中插入一个金属平板，该平板与转子之间就相当于构成了电容器，当转子转动时，该电容器的极板面积和间距也随之发生变化，也就是说电容的容值大小是转子位置的函数，只需增加简单的电路检测出电容的容值，就能够估算出转子的位置。
开关磁阻电机的无位置传感器检测技术
刘莹
目录
2020/7/31
01 无位置传感器检测技术的作用
02 无位置传感器检测技术的优势 03 国内外对无位置传感器检测技术
的研究
下一步工作计划
04
无位置传感器检测技术的作用
当电机静止时，转子位置是不确定的，由于没有位置传感器，此时对电机定子哪一项通电的问题尤为突出。
解决启动时候的转子初始位置和初始导通相的判断问题，以保证不出现转子反转。
无位置传感器检测技术的优势
传统的SRM 转子位置检测法采用诸如光电编码器、霍尔位置传感器等，称作直接位置检测法。由于机械位置传感器的存在，增加了SRM 结构的复杂性，影响了SRM 调速系统可靠性，也使得SRM 调速系统的成本增加，另外，位置传感器的稳定性受环境影响很大，阻碍了SRM 在生产和生活中的广泛应用。为了克服这一弊病，国内外学者开始着手研究开关磁阻电机无传感器控制技术。