开关磁阻电机无位置传感器控制关键技术研究

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1、中图分类号：TM352论文编号：102870317-B011学科分类号：080804博士学位论文开关磁阻电机无位置传感器控制关键技术研究研究生姓名邵杰学科、专业电力电子与电力传动研究方向开关磁阻电机及控制技术指导教师邓智泉教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一七年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomaticEngineeringResearchonKeyTechnologiesforS

2、ensorlessControlofSwitchedReluctanceMotorDrivesAThesisinElectricalEngineeringbyShaoJieAdvisedbyProf.DengZhiquanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyMarch,2017南京航空航天大学博士学位论文摘要开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor，简称SRM）凭借其结构

3、简单、坚固，容错能力强，适于恶劣环境下运行等特点，目前已被广泛应用在电动汽车、航空航天、家用电器等众多领域。要保证SRM可靠运行和高性能控制，就必须准确的获取转子位置信息。传统的SRM驱动系统中由于采用了光电、霍尔、旋变等机械位置传感器，影响了调速系统的可靠性，提高了系统成本。因此，无位置传感器技术已成为SRM研究领域的热点之一。本文以SRM的无位置传感器控制技术为主要研究内容，以工程实现为目的，围绕SRM高速运行转子位置估计技术、电机静止时的初始定位、低速运行的连续角度估计、全速度范围的无位置传感器技术、转

4、子位置故障诊断及其容错控制技术等几个关键问题开展了系统和深入的理论分析，并进行了相应的仿真和实验研究。针对SRM中、高速运行，对基于特殊位置点检测的无位置传感器技术进行比较研究。在每个电周期内检测到一个已知的特殊位置点，即可得到位置检索脉冲，从而实现转子位置和转速信息的估计。在对传统的电流梯度法和电感梯度法进行研究的基础上，提出一种基于定转子齿极不对齐位置点的电感梯度法，该方法在电机的非导通区间采取电流斩波连续的控制方式，能够实现SRM在带负载情况下的无位置传感器运行。同时研究一种改进的基于电势交点的无位置传

5、感器方法，利用提出的非线性电感模型推导电势交点位置的理论值，将其作为参考位置点估计电机转子位置和转速信息。实现全转速范围的无位置传感器运行是SRM无位置传感器技术研究的关键性问题。从系统整合的角度研究SRM控制策略及无位置传感器算法，基于PWM控制策略，提出了一种基于电流波形检测的无位置方法。将适用于静止和低速运行的电流斜率差值方法与高速时的电流梯度法结合，以实现电机在全速度范围的无位置传感器运行。该无位置传感器方法在电机的整个速度范围只需要对电机绕组的电流波形进行检测，便于高、低速两种无位置传感器方法的结合

6、。提出基于全周期电感矢量的全速度范围的无位置传感器算法，实现电机静止时的精确初始位置估计，在起动之后的低速和高速运行范围都可以实现连续的位置信号的估计。高速运行阶段改变电机的导通方式，采取关断区续流的控制策略，使电流在电机非导通区间连续，可估计全周期电感。在静止和低速运行阶段采用基于电流斜率差值的方法辨识全周期电感，结合高速的关断区续流的控制策略估计全周期电感，在整个速度范围内都采用基于全周期电感矢量的控制策略，实现全速度范围的无位置传感器运行。无位置传感器技术的目的是通过检测电压/电流信息估算转子位置，以取

7、代位置传感器。但是在可靠性要求较高的航空航天和电动汽车领域，无位置传感器技术可以作为位置传感器的冗I开关磁阻电机无位置传感器控制关键技术研究余备份。当SRM工作在高温、高速、潮湿、多粉尘等极端恶劣环境下时，位置传感器容易发生故障。因此，研究SRM位置信号的故障诊断和容错控制是非常必要的。针对SRM位置传感器常见故障类型，采用基于边沿时刻预测的位置信号故障诊断方法。当位置传感器故障时，基于最大似然估计法的容错控制方法，采用位置传感器与无位置传感器技术的双重备份，系统由带位置传感器方式平滑切换到采用无位置传感器技

8、术，实现位置传感器容错控制，提高系统的可靠性。关键词：开关磁阻电机，无位置传感器技术，全速运行，容错控制，单周期单特殊位置点，电流斜率差值，全周期电感矢量。II南京航空航天大学博士学位论文ABSTRACTTheswitchedreluctancemotor(SRM)hasreceivedconsiderableattentioninconnectionwithvariablespeedmotordr