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翻译1
改进的无传感器控制的准确性和速度范围开关磁阻开关
摘要:
在本文中,提出关于调制开关磁阻电机的无传感器控制,基本思想是将传感信号传入一种不导电的阶段,间接通过信号测量获得转子位置。
计算机模型的研究取得了进步,用来分析和设计硬件的无传感器方案。
根据额定转速所需的转子位置分辨率来选择传感信号的频率。
在设计方案时,在自身电感阶段,需要考虑传感信号的高频效应。
根据仿真结果来看,无传感器电路是可以调节的,通过接通和断开角度可以实现对不同角度的控制。
随着文中实际问题的提出,在无传感器方案提出了的详细过程,随着控制角的变化,实时优化,自调优控制等问题。
提出的控制策略实现6/4,500W驱动系统和仿真结果得道了验证。
试验结果表明,调速范围取决于不同负荷和控制角。
一.介绍
开关磁阻电动机(SRM)驱动由于自身的优点,已经被认为是一个可能的替代感应和永磁电机驱动器在几个变速传动应用。
srm像其他具有高频矩特征特征的机器一样在第四象限通过最优的磁力阶段运行。
由于结构简单,srm没有某些固有的与其他汽车相关的实际问题。
操控的人早已经发现在多个变速消费品应用上明显的优势。
基本上SRM是双凸的,逐一地激起电动机在一个阶段或多个阶段运动。
SRM转矩生产机制是基于磁阻原理对其他电机的电磁转矩。
由于双重特点,定子和转子磁极往往结合在一起通过刺激定子相来提供最小路径。
因此,通过连续的刺激定子相,生成一个单项转矩来完成机电能量转化。
因为基本性质的扭矩生产机制,定子相激和转子位置的同步是非常重要的。
因此转子位置信息是开关磁阻电机控制的一个重要的组成部分。
通常情况下,光学编码器或解析器安装在电机轴是用来提供转子位置信息。
这些外部机械位置传感器,虽然为位置信息提供高分辨率,但是有几个缺点。
位置传感器与高分辨率仪器通常是昂贵的。
他们需要电机轴的同轴度,以避免机械故障。
位置传感器的电缆应妥善保护,以避免腐败由于外部噪音。
当电动机运行在远程位置,通过换流器与电缆连接,如果使用一个机械位置传感器,然后包含位置信息的信号可能会因为电缆引起的外部噪声而减弱和或损坏。
为了避免这些缺点,通常最好避免使用外部机械位置传感器和相反意义的转子位置来施加其他手段,通常通过终端测量。
几个这样的计划已经在文学中报道,引用基本上使用诊断传感信号注入的不导电的阶段获取电感信息然后映射到的位置信息。
文献[3]提出监测电流波形和成功实施计划.引用(4、5)使用向不活动的定子注入诊断脉的技术从主变换器和当前的增长速度,可以测量的瞬时电感。
从相电感获得转子位置信息使用一个逆函数。
参考[6]提出了一种用谐振法。
无传感器控制方法的向srm输入不导电信号是无传感器控制方法之一。
主要问题是在不导电阶段使用一个外部诊断信号来估计转子,而位置传感信号的频率应该是有限的。
这主要是因为,当高频信号注入的一个阶段,由于磁层压的高频行为,有效的自我电感大大减少。
然而,解决传感器方案高度依赖传感信号的频率,特别是在高速频率。
为了有一个合理的决议,和准确的电感与转子位置的变化,传感信号的频率应该是最佳选择。
开关磁阻电动机的无传感器控制调幅已经改善。
高分辨率是通过正确选择传感信号的频率。
总结了论文的主要贡献如下:
1.传感信号的频率在无传感器方案中的效果被详细的仿真和证实。
2.无传感器的硬件方案设计优化仿真的基础上。
3.高分辨率的无传感器控制已经用模型进行了模拟。
4.实现不同控制角度的方法,即,打开和断开角度控制和优化应用程序的模拟和实验验证。
5.用此方法,实验性地实现了,6/4的速度控制,500W电机实验。
速度控制范围很广,在实验电机中实现了100-3000RPM的控制范围。
实现最优励磁SRM驱动的各种高功率应用中成为一个主要的要各种最优控制策略可以获得最大转矩/安培,最大效率。
这需要高分辨率的转子位置信息。
在目前的工作,选择分辨率为0.5作为所需分辨率,选择在不导电阶段的传感信号频率作为所需要求。
提出的解决方案非常好好即使在高速状态下,可以结合无传感器运行效率等,像每安培转矩、效率等可以结合无传感器操作导致高的整体性能组合。
本文的结构如下。
第二部分介绍所提出的无传感器控制方案的工作原理。
第三节描述了用于模拟的传感器方案的计算机模型,结果
通过模拟得到。
第四部分提出了描述无传感器的硬件方案。
第五部分给出无传感器的实验评价方案的细节,第六部分给出该方案的基本设计约束以及某些实际问题,第七部分提出了总结和结论。
二.无传感器的基本原则方案
在开关磁阻电动机,每相的自感是转子位置角,0的周期函数。
在电循环的一部分,电感与㊀斜率为正;在周期的某一部分中,电感将负斜率在周期的其余部分,电感将有一个平的轮廓。
在一个电周期中,每个阶段激发与有功电流时的电感具有正斜率,以便产生正转矩。
转矩电流-电感关系由下式给出:
Te为电磁转矩,牛;i是电流的量值,安。
dl/d0为自感与转子位置角9的斜率。
等式(L)示出了开发的电磁转矩将为零时dl/D9是零,负时dl/d0为负。
。
这表明,在理想情况下,每个阶段时不会携带有功电流(dL/d9)<0。
在一个电周期,dl/D9将只在它的某些部分是正的。
因此,每个相保持周期的,除了在非常高的速度在此期间,各相将只为周期的一小部分是空闲的一个相当大的部分期间处于闲置状态。
为了解释电感位置的变化,图1是称为其示出了6/4,500瓦的各个阶段,100V,三相电机的测量不饱和电感曲线。
让我们考虑相位A的自感与电度转子位置角度0的变化。
在区间0°<0<120°,自感0减小;在间隔120°<9^240°,电感轮廓几乎持平;并在间隔240°^0<360°,电感具有0正斜率。
因此,A相携带间隔240°<0<360°时有功电流,除了在非常高的速度在这种情况下,有功电流也可以延伸到其它区域。
在中间部分的曲线表明,电感轮廓仍然是电周期的三分之一,不能使用A相来获得,因此位置信息几乎持平。
在间隔0°<9<120°,相A具有负值。
电感位率,并具有良好的灵敏度和可用于间接地获得转子位置。
大多数在文献报道的前期工作的使用负电感位置区域期间的一个或多个非活动阶段来间接感测转子的位置。
在某些情况下,主功率变换器本身是用来发送诊断信号到非活动阶段。
电流幅值被限制为较小的值,使得由于感测信号产生的负转矩将是微不足道的[3,4,9],在某些情况下,外部诊断信号被注入到不活动的阶段和转子位置信息是根据该响应[1,6]所得。
本文所使用的方法是基于在一个正弦诊断信号被注入non¬conducting相和所得调制电流波形引起由于电感变化的调制技术观察到[1,6]。
这给信息转换是自身电感阶段感觉到,然后映射到转子位置。
在本工作中,一个6/4,500瓦,100伏,三相马达用于执行无传感器控制。
类似的工作前面已在[1]提出,但它受到高速分辨率差的影响。
机械位置传感器基本上产生每转的脉冲数固定,因此具有固定的分辨率。
例如,一个12位reisolver产生每转212个脉冲中的至少显著位,因此有每转4096不同的状态。
因此,
分辨率=(360/4096)=0.087°
(2)
该决议仍然不管相同的速度的转子。
当一个诊断信号在无活性阶段使用间接获得的转子位置时,分辨率取决于转子的速度。
这是因为传感信号的频率是固定的,不依赖于转子速度。
下面的推理进一步解释。
在本工作中,一个恒定的幅度,恒定频率,当电感具有转子位置负斜率正弦电压被施加到非导通相位。
一系列电阻用于检测由于电感与转子位置而变化所产生的电流波形。
输出波形是使用捕获的基本电流波形的连续正峰值包络检测器解调。
因此,只能在连续电流脉冲的峰值检测检测器输出增量的变化。
这基本上修复了传感器方案的分辨率。
在低速时,可用于位置感测的时间是非常大的,因此,会产生多个感应信号周期。
在非常高的速度,用于感测的时间很小,因此时间范围内感测信号的周期更少。
除非感测信号的频率相当高,否则这导致分辨率不良。
在一般情况下,如下所述机械位置分辨率,转子速度和传感信号的频率是相关的。
为了实现一个位置分辨率。
(机械),应该有(360/)存在的脉冲数目的时间窗内转子将完成一个革命。
感测信号的频率从而被给定为
fc是感测信号的频率,赫兹,N是转速转子的速度,一个是机械度所需的分辨率(以速度N)。
在目前的工作中,为0.5°的机械位置的分辨率被选择在3000RPM。
这需要感测信号720的周期是一个时间窗口,在其中的转子将完成一转。
为3000转,转子需要20毫秒为一转,从而所述传感信号的频率应该等于:
这保证的0.5°的分辨率在3000RPM,因此速度较慢的分辨率会更好,因为感测信号的频率保持不变。
不过,也有当这种高频信号被用于将在后面的部分来解决位置感测要考虑某些实际问题。
在接下来的部分中,详细的模拟模型用来设计硬件用于与为了获得所述感测电路的输出和实际的转子位置之间的映射获得的实验结果沿着传感器方案介绍。
三.模拟无传感器方案的研究
如前所述,高频率的正弦信号注入到非导电的电机相获得位置信息。
产生的电流波形进行解调使用检测器电路和探测器的瞬时输出取决于瞬时的转子位置。
然而,有必要与实际的转子位置检测器的输出电压映射以便具有在导通和turn¬off角度控制。
用实际转子位置映射解调器的输出电压,使用一个简单的等效电路模型的感测电路,并给出了仿真的细节,给出了计算机模拟。
此条件下的等效电路与R-L电路如图2所示,因此电流的表达式是由一系列正弦波信号源,
V(t)是TLQ应用感应电压,V在电路中的总电阻,Q值,角频率的感应电压,弧度/秒,L(θ)=位置相依相自感,H,,
θ=COCT=转子位置。
幅度调制方案
幅度调制方案
图2。
相位传感中的等效电路。
需要注意的是,感测信号的频率是高的,因此该电路的阻抗是非常高的,导致非常低的电流幅值,因此饱和效应将不存在。
由于只有一部分的电感剖面,具有负斜率与位置的位置传感,对于用电感函数可以近似为(参见图1),
Lmax对准位置不饱和电感,H,ω是ω角频率变化的电感,这取决于速度,ω0和Φ是这样选择的,由方程式的功能。
(6)非常接近的实验测量的电感曲线。
公式(6)只适用于区间0°<0<120°其间传感信号注入相(A相)。
如前面所述,通过使用更高的传感信号频率,可以提高分辨率。
然而,在高频率的钢片,像流障碍,因此相自感有平剖面位置使转子位置传感可能。
在目前的工作中,已被认为是不同的载波频率,以便在高的分辨率,可以实现在高的速度,而不牺牲电感位置变化的灵敏度。
然而,在高频率,对准位置电感Lmax大大降低。
为了获得正确的电感配置文件,在不同的频率的感应信号的实验电机的测量,对于不同的频率,测量的自电感进行了总结,并在表中的结果。
可以看出,随着频率的增加,最大和最小电感减小,从而降低了传感器方案的敏感性之间的比率。
在实验装置中,一个电阻是用在一系列与感测相,以感测的调制电流。
感应电阻两端的电压降,这基本上决定了位置传感的灵敏度,在MATLAB中使用表中给出的数值模拟和我,用方程。
(5)和(6)。
该传感电阻的值应该选择,这样的输出电压的灵敏度为一个给定的电感比和传感信号频率将是最大。
通过详细的仿真,得到不同频率的传感电阻的最佳值。
得到的结果为1的情况下,当信号频率为4.5kHz时如图3所示模拟是探测器的输出波形和相应的实验结果示于图4所示。
通过模拟得到的结果与实验结果相吻合,用于校准解调器输出电压与实际转子位置。
图4,X轴代表传感相转子位置(在这种情况下,A相)从对齐的位置,Y轴代表的解调器的输出。
它可以看出,对于每个转子角度,有一个对应的解调器输出电压。
因此,通过使用一个简单的比较器电路,可以得到不同的转子位置。
该传感电路的输出是一个比较器的输入,另一个输入是一个直流阈值的值,在该值,需要进行换向,并设置由微控制器。
比较器的输出状态变化时,解调器的输出电压超过直流阈值,这种变化的状态可以检测到由微控制器决定换向。
应该指出的是,通过改变阈值,减法以在不同转子位置进行了。
为了控制灵活,不同阈值比较器可用于传感电路的输出。
一个比较器输出可用于导电相,另一个可以用来激励下相整流。
这是非常重要的高速运行,在相邻阶段之间的相当大的重叠是必需的。
虽然4显示A相波形,轮廓保持不变,但其他相转移阶段。
这就完成了无传感器操作的模拟和设计。
四.无速度传感器方案的实施
该电源电路由一个典型的转换器和输入:
过滤器,以提供纹波电流。
相位电流由霍尔效应传感器检测,在低速运行时由滞后控制器限制。
无传感器方案的硬件主要包括以下几个:
·1.一个正弦波发生器,
·2.一种用于将非导电相连接到传感信号的复用的光隔离区,并将有源相从该传感电路中分离出来,
·3.解调部分
·4.两比较器的两个不同的电压电平,因此有两种不同的转子位置检测器输出的是。
传感器方案的整体控制是利用英特尔80C196kr系统进行,块传感器方案的原理图如图5所示。
单片机汇编语言开发了控制算法。
控制器基本上执行下列功能。
首先初始化外围设备,集电流限制的所有阶段,然后设定阈值水平取决于所期望的控制角度比较器电路。
然后继续检查比较器电路状态并发出选通脉冲,测量脉冲取决于比较器的状态适当。
最后,通过实验得到的结果。
五.无位置传感器方案的试验评价
在上一节中介绍的传感器硬件设置,开关磁阻电机驱动测试。
不同的电流限制,负载和控制角度的电机进行了测试。
不同的电流限制,通过改变的滞后控制器中的参考设置和不同的传导时间间隔,实现了通过改变在比较器的阈值电平的输出的调幅检测器电路。
使用一个永磁直流发电机的电动机。
与前面描述的无传感器控制方案,电机的转速从110转3000转变。
实验记录的相电流和栅极脉冲波形在不同的操作点的阶段之一是显示在figs.6-10,
在本工作中进行的实验中,没有重叠的相邻阶段使用。
速度范围可以很容易地扩展,通过引入相邻阶段之间的重叠。
在很高的速度,在非导电相感应的时间窗口,可用于检测的速度,以及由于速度以及即使在负的电感斜坡区域的尾部电流。
这基本上形成的速度,可以实现使用无传感器操作的上限。
六.设计注意事项
因为它是在上一节讨论,传感信号不能被注入到一个非导通相只要是在负电感的位置再进行尾电流;这可能发生在非常高的速度在这些问题恶化,因为传感设置运行速度上限的小的时间窗口
另一方面,需要考虑而seasorless设计方案如下。
1、传感信号的高频效应[4]:
它是前面所示的相位的不饱和电感的档案的影响由感测信号的高频效应。
表一显示,而未对齐的位置的电感变化不明显,对准位置电感随频率的变化而变化。
因此,传感信号的频率应该是明智的选择,方案的决议将是相当不错的,同时,电感对转子位置的敏感性不明显恶化。
2,相互耦合的影响[4]:
不像其他的旋转电机,在电机的不同阶段之间的相互耦合没有转矩产生影响。
然而,在非活动相的传感信号可能会损坏由于其与相邻的有源相的相互耦合。
这可能会导致malftinctioning传感器方案的,为了避免这个问题,非活动期不宜用于传感的相互耦合时用邻活跃期最大。
作为一种重合,在负斜率区域中的非活动阶段的感应转子角的灵敏度是最大时,其相邻的有源相之间的相互耦合是最小。
这个事实应该被利用来避免故障。
如果考虑到实际问题,那么SRM驱动器的可靠的传感器控制方案可以很好的位置分辨率来实现。
7.结论
在本文中,采用了无传感器控制SC的SRM驱动器的方法,计算机模型来分析和优化设计的传感器控制方案。
通过模拟结果,它表明,高的位置分辨率可以通过适当地设计传感器硬件来实现。
该方案已于6/4500瓦马达实施和实验结果作了介绍。
改变控制的角度进行了描述在宽范围内实现速度控制,以执行real¬time优化,自调谐控制等等,这是非常必要的方法,在本文件中描述的硬件方案具有10位分解的等效位置分辨率,并且可以进一步提高。
致谢
对德州高等教育协调委员会高级技术方案TRW电控转向,通用汽车研究实验室,以及德州仪器数字控制系统事业部的大力支持,表示感谢。
参考文献
[1].M.Ehsani,I.Husain,S.Mahajan,K.R.Ramani,"NewModulation
EncodingTechniqueforIndirectRotorPositionSensinginSwitchedReluctanceMotors"IEEEIASAnnualMeeting,pp.430-438,1992.
[2].M.Ehsani,I.Husain,A.B.Kulkami,"EliminationofDiscretePosition
SensorandCurrentSensorinSwitchedReluctanceMotorDrives",IEEETrans,onIndustryApplications,Vol.28,No.l,January/February,1992,pp.128-135
[3].P.P.Acamley,R.J.Hill,C.W.Hooper,"DetectionofRotorPositionin
SteppingandSwitchedReluctanceMotorsbyMonitoringofCurrentWaveforms",IEEETrans,onIndustrialElectronics,Vol.IE-32,No.3,Aug.1985,pp.215-222.
[4].W.D.Harris,J.H.Lang,"ASimpleMotionEstimatorforVariable
ReluctanceMotors",IEEEIASConf.records,Oct.1988,p.281-296
[5].A.Lumsdaine,J.H.Lang,MJ.Balias,"StateObserversforVariable
ReluctanceMotors",IEEETrans,onIndustrialElectronics,Vol.IE-37,No.2,pp.133-142,1990
[6].P.Laurent,M.Gabsi,B.Multon,"SensorlessRotorPositionDetection
usingResonantMethodforSwitchedReluctanceMotors",IEEEIASAnnualMeeting,pp.687-694,1990
[7].K.R.Ramani,M.Ehsani,"NewCommutationMethodsinSwitched
ReluctanceMotorsBasedonActivePhaseVectors",IEEEPESCproceedings,1994,pp.493-499
[8].M.Ehs«ani,"PositionSensorEliminationTechniquefortheSwitched
ReluctanceMotorDrive",USPatent5072166
[9].StephenR.MacMinn,WilliamJ.Rzesos,PaulM.Szczesny,ThomasM.
Jahns,"/^plicationofSensorlessIntegrationTechniquestoSwitchedReluctanceMotorDrives1',IEEETransactionsonIndustryApplications,Vol.28,No.6,November/December,1992,pp.1339-1344
[10].J.P.Lyons,S.R.MacMinn,M.A.Preston,"Flux/CurrentMethodsfor
SRMRotorPositionEstimation",IEEE
[11].S.K.Panda,G.A.J.Amarathunga,"ComparisonofTwoTechniquesforClosed-loopDriveofVRStepMotorswithoutDirectPositionSensing",IEEETransactionsonIndustrialElectronics,Vol.38,No.2,April,1991,pp.95-101。
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