無傳感器電機位置檢測策略綜述
謝寶昌，任永德，劉文瑛
(上海交通大學，上海 200030)
摘要：針對裝置直接位置傳感器的電機結構復雜、價格昂貴、可靠性低的弱點，間接位置傳感器技術將成為今后
電機控制技術發(fā)展的必然趨勢。本文綜述了有關無傳感器電機的位置檢測策略。
關鍵詞：無傳感器位置檢測；無換向器電機；永磁；凸性；磁飽和
中圖分類號：tm345 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0029-03
1 引 言 隨著電力電子技術和電機技術的發(fā)展，許多無換向器電機的運行需要利用轉子位置信息實現(xiàn)換向，如永磁同步電動機、無刷直流電動機、開關磁阻電動機、步進電動機和磁阻同步電動機等，而且這些電機的應用前景十分誘人。無換向器電機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，如永磁電機反電勢檢測技術、磁阻電機電感檢測技術、磁鏈與電流檢測技術以及高頻信號注入調制技術等。間接法測量位置信號通常稱為無位置傳感器技術，由于無位置傳感器技術提高系統(tǒng)的可靠性，因此受到世界各國控制領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，電機起動時需要知道轉子極相對與定子繞組的位置，以便正確導通電樞繞組使電機按照預定的方向旋轉。通常轉子初始位置是用定位的辦法實現(xiàn)的，即在設計的軟件或硬件控制線路中，預先給定觸發(fā)脈沖使某相定子繞組通電，因轉子是永磁的或磁阻性的，定子磁場會使轉子磁極與之保持一致對齊，然后利用步進方式起動。
這種方式雖然簡單，但由于轉子原來靜止狀態(tài)是不確定的，因此在預先定位時轉子轉向可能與預定方向相同，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子達到定位目標，或系統(tǒng)不允許反轉，這樣預定位方法就有可能失敖。另外，定位力矩會引起轉子在平衡位置附近振蕩，而且定位時間長短也難以確定，因此需要尋找新的定位控制策略，使轉子初始位置能正確確定下來。
在轉子零速或低速時，轉子位置的確定方法主要利用電機的凸性和磁路的飽和特性或磁極極性，對于轉子凸極結構的無換向器電機，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時間來確定轉子的初始位置。而對于轉予隱極結構的永磁電機，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，可以利用電機磁路的飽和特性，測量電感大小以確定電機轉子的初始位置。
2.1 凸極磁阻轉子初始位置角的確定
利用電機電樞電壓、電流和參數(shù)可以確定轉子位置，但是，由于電樞電阻隨溫度和工作環(huán)境不同而變化，給轉于位置估計帶來誤差，這會導致轉子起動過程中逆轉或失步運行。為了解決這些問題，精確估計轉子初始位置，采用靜止a-p坐標系數(shù)學模型。
零速時的電壓方程可表達為：
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，角頻率高以防轉子轉動，分別檢測a-p坐標系中a(或p)軸電流與電壓的相位差伯，則與電樞電阻無關的轉子凸極初始位置估計為：
正負號根據(jù)注入高頻交流電流信號口分量（分量為零）時，p分量電壓的相位是超前還是滯后電流d分量來確定。當系數(shù)kl小于1時，若電壓超前電流，則取正號，否則取負號；而當系數(shù)kl大于時，若電壓超前電流，則取負號，否則取正號。當初始位置估訃****值超過45度時，可以用反余切來計算，以減小計算誤差。這種方法的不足是算法比較 |
