現(xiàn)場可編程門陣列在開關(guān)磁阻電機(jī)無傳感器位置檢測中的應(yīng)用
紀(jì)艷華1， 陳亮2
(1江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；
2上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司，上海200063)
摘要：提出了一種將現(xiàn)場可編程門陣列用于無位置傳感器的位置檢測方法，將復(fù)雜算法通過一個(gè)簡單的邏輯芯片實(shí)現(xiàn)，不僅提高了運(yùn)算速度，而且簡化了控制電路。對一個(gè)三相6／4極開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明系統(tǒng)在位置檢測和轉(zhuǎn)速檢測方面均有很好的可靠性。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)；現(xiàn)場可編程門陣列；無傳感器位置檢測；磁鏈法
中圈分類號：TM 352文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-6540(2010)064)0424-03
0 引 言
開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由雙凸極開關(guān)磁阻電動機(jī)(Switched Reluctance Motor，SRM)、功率變換器、控制器及檢測器等組成的一種新型電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(見圖1)。與傳統(tǒng)的直流和交流調(diào)速系統(tǒng)相比，SRM不僅保持了異步電動機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，而且電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、運(yùn)行可靠、成低、效率高，正獲得日益廣泛的應(yīng)用。SRM的轉(zhuǎn)子位置檢測足SRM正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要組成部分，其檢測方案分為直接位置檢測法和間接位置檢測法兩類。直接檢測法引入了位置傳感器，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，安裝也不方便，還使得SRM調(diào)速系統(tǒng)的可靠性下降。因此，問接位置檢測技術(shù)
正逐漸成為SRM調(diào)速系統(tǒng)研究的熱門課題。
無位置傳感器檢測方法很多，如電流波形監(jiān)測法、狀態(tài)觀測器檢測法、磁鏈法、利用相間互感與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系檢測、電容式位置檢測技術(shù)、加測試線圈檢測等方案，這些方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但綜觀其實(shí)際效果卻有一個(gè)共同的不足之處就是這些算法往往比較復(fù)雜，對位置檢測的實(shí)時(shí)性要較高，因此目前只局限在中低速領(lǐng)域。
本文在6／4極SRM單相輪流導(dǎo)通和電流采用脈寬調(diào)制(Pulse width M0dulatlon，PwM)技術(shù)控制的條件下，利用現(xiàn)場可編程門陣列(neldProgmmmableGste Arrav，F(xiàn)PGA)實(shí)現(xiàn)磁鏈法的間接位置檢測方案。將表示電流一磁鏈一位置角關(guān)系的勵(lì)磁特性曲線放入查找表中，不僅節(jié)約了大量的運(yùn)算時(shí)間，而目．在高速區(qū)仍能獲得準(zhǔn)確可靠的位置信號。
1 磁鏈法的基本原理及算法
1．1基本原理
磁鏈法直接對激勵(lì)相繞組的電流進(jìn)行檢測，從而得到轉(zhuǎn)子位置信號。根據(jù)SRM的一相電壓方程：
測量出電機(jī)激勵(lì)相的電流I和電壓U及定子電阻R，即可計(jì)算出某一時(shí)刻的定子磁鏈值。實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ、定子磁鏈Ψ和電流i的關(guān)系如圖2所示。
SRM的勵(lì)磁特性曲線可以通過實(shí)際測量或有限元分析的方法得到，制成表格，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)通過查表，實(shí)時(shí)地得到轉(zhuǎn)子的位置。
1．2算法簡述
大多數(shù)位置估算算法并不考慮起動時(shí)的情況，本文為了實(shí)現(xiàn)SRM的無遲滯起動，需要在沒有對轉(zhuǎn)子初始校準(zhǔn)和無干擾的情況下開始獲得轉(zhuǎn)子位置信息，因此算法中包括起動時(shí)的轉(zhuǎn)子位置估算，具體算法如下(流程如圖3所示)：
(1)在短時(shí)間內(nèi)(0 5 ms)給電機(jī)的所有相通電；
(2)測量所有相的電壓和電流；
(3)獲取****電流相(勵(lì)磁相)；
(4)計(jì)算該相的磁鏈值；
(5)根據(jù)電流和磁鏈值查勵(lì)磁特性表，估計(jì)轉(zhuǎn)子位置；
(6)再轉(zhuǎn)到步驟(2)。
2基于FPGA的位置檢測控制器
FPGA芯片作為數(shù)字控制器用于實(shí)現(xiàn)無傳感器位置檢測時(shí)，其輸入、輸出信號如圖4所示。由電流和電壓傳感器檢測到的三相繞組電壓、電流值信號需經(jīng)過八選一的多路選擇開關(guān)，開關(guān)的輸出連接到八位A／D轉(zhuǎn)換器，從而將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳送給數(shù)字控制器。圖5所示為數(shù)字控制器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖。
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