無傳感器電機(jī)位置檢測策略綜述
謝寶昌，任永德，劉文瑛
(上海交通大學(xué)，上海 200030)
摘要：針對裝置直接位置傳感器的電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、可靠性低的弱點(diǎn)，間接位置傳感器技術(shù)將成為今后
電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文綜述了有關(guān)無傳感器電機(jī)的位置檢測策略。
關(guān)鍵詞：無傳感器位置檢測；無換向器電機(jī)；永磁；凸性；磁飽和
中圖分類號：tm345 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0029-03
1 引 言 隨著電力電子技術(shù)和電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多無換向器電機(jī)的運(yùn)行需要利用轉(zhuǎn)子位置信息實(shí)現(xiàn)換向，如永磁同步電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和磁阻同步電動(dòng)機(jī)等，而且這些電機(jī)的應(yīng)用前景十分誘人。無換向器電機(jī)所需的位置信號主要有兩種方式：一種是直接檢測位置信號，如采用光電編碼盤等，這種方式需要一走的空間位置，安裝精度要求較高，不僅增加成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；另一種是間接位置檢測技術(shù)，如永磁電機(jī)反電勢檢測技術(shù)、磁阻電機(jī)電感檢測技術(shù)、磁鏈與電流檢測技術(shù)以及高頻信號注入調(diào)制技術(shù)等。間接法測量位置信號通常稱為無位置傳感器技術(shù)，由于無位置傳感器技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性，因此受到世界各國控制領(lǐng)域科技工作者的廣泛興趣。本文主要綜述各種無換向器電機(jī)的無傳感器位置檢測策略。
2零速無傳感器位置檢測策略
對于無換向器電機(jī)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)需要知道轉(zhuǎn)子極相對與定子繞組的位置，以便正確導(dǎo)通電樞繞組使電機(jī)按照預(yù)定的方向旋轉(zhuǎn)。通常轉(zhuǎn)子初始位置是用定位的辦法實(shí)現(xiàn)的，即在設(shè)計(jì)的軟件或硬件控制線路中，預(yù)先給定觸發(fā)脈沖使某相定子繞組通電，因轉(zhuǎn)子是永磁的或磁阻性的，定子磁場會使轉(zhuǎn)子磁極與之保持一致對齊，然后利用步進(jìn)方式起動(dòng)。
這種方式雖然簡單，但由于轉(zhuǎn)子原來靜止?fàn)顟B(tài)是不確定的，因此在預(yù)先定位時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向可能與預(yù)定方向相同，也可能不一致，特殊性況下電樞磁場正好位于交軸平衡位置無法確定是否已經(jīng)定位。如果定位力矩不能使轉(zhuǎn)子達(dá)到定位目標(biāo)，或系統(tǒng)不允許反轉(zhuǎn)，這樣預(yù)定位方法就有可能失敖。另外，定位力矩會引起轉(zhuǎn)子在平衡位置附近振蕩，而且定位時(shí)間長短也難以確定，因此需要尋找新的定位控制策略，使轉(zhuǎn)子初始位置能正確確定下來。
在轉(zhuǎn)子零速或低速時(shí)，轉(zhuǎn)子位置的確定方法主要利用電機(jī)的凸性和磁路的飽和特性或磁極極性，對于轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)的無換向器電機(jī)，由于電樞繞組位于直軸和交軸上的電感參數(shù)不同，因此可以利用高頻脈沖電壓的電流響應(yīng)時(shí)間來確定轉(zhuǎn)子的初始位置。而對于轉(zhuǎn)予隱極結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，由于電樞繞組位于直軸和交軸上的電感參數(shù)受磁路飽和特性的影響，可以利用電機(jī)磁路的飽和特性，測量電感大小以確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置。
2.1 凸極磁阻轉(zhuǎn)子初始位置角的確定
利用電機(jī)電樞電壓、電流和參數(shù)可以確定轉(zhuǎn)子位置，但是，由于電樞電阻隨溫度和工作環(huán)境不同而變化，給轉(zhuǎn)于位置估計(jì)帶來誤差，這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子起動(dòng)過程中逆轉(zhuǎn)或失步運(yùn)行。為了解決這些問題，精確估計(jì)轉(zhuǎn)子初始位置，采用靜止a-p坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型。
零速時(shí)的電壓方程可表達(dá)為：
定子繞組注入高頻交流信號a(或p)分量，輸入的電流幅值較小以免磁路飽和的影響，角頻率高以防轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，分別檢測a-p坐標(biāo)系中a(或p)軸電流與電壓的相位差伯，則與電樞電阻無關(guān)的轉(zhuǎn)子凸極初始位置估計(jì)為：
正負(fù)號根據(jù)注入高頻交流電流信號口分量（分量為零）時(shí)，p分量電壓的相位是超前還是滯后電流d分量來確定。當(dāng)系數(shù)kl小于1時(shí)，若電壓超前電流，則取正號，否則取負(fù)號；而當(dāng)系數(shù)kl大于時(shí)，若電壓超前電流，則取負(fù)號，否則取正號。當(dāng)初始位置估訃****值超過45度時(shí)，可以用反余切來計(jì)算，以減小計(jì)算誤差。這種方法的不足是算法比較 |
