本发明涉及开关磁阻电机中高速无位置传感器算法技术领域，具体涉及一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。
背景技术：
srm(开关磁阻电机)具有坚固的结构，低成本，高效率和容错能力。所有这些固有的优势已引起越来越多的关注，srm已成为许多工业应用和风力发电。但是，精确的位置检测对于srm的控制非常重要。转子位置信息通常是在运行时通过固定在电动机上的机械传感器(例如光学编码器和霍尔传感器)获得的，降低了电动机的可靠性并增加了成本；同时，这些位置传感器无法在恶劣环境下准确检测转子位置。
因此，需要研究用无位置传感器方法代替机械传感器，以使srm在诸如航空航天等领域的一些恶劣环境中得到更广泛的应用。srm的电磁特性，例如磁链，相电感，互感等，是转子位置的函数，是大多数现有无位置传感器控制技术的基础。
现有技术中的无位置传感器控制方法主要可分为两类：基于非通电相的方法和基于通电相的方法，这两类方法一般都需要三相的电流电压传感器，运行成本较高。
技术实现要素：
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，采用单相电流传感器和延时策略产生三相触发脉冲信号，大大降低了运行成本，保证了控制精度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，包含以下步骤：
步骤s1、假设导通顺序为a、b、c，首先给出关断角θoff，直流母线电压ubus以及电源开关压降us1，us2和二极管压降ud1，ud2；
步骤s2、用安装在当前导电阶段a相中的电流传感器测量a相电流；以虚拟电压uvirtual代替a相的实际电压，并将虚拟电压uvirtual和a相电流发送至磁链计算的处理器中；
步骤s3、处理器由磁链计算公式
步骤s4、将λvir分别与λref(30°，i)和λref(θoff，i)进行比较，用以确定关断角位置和换相位置；
步骤s5、选择从未对准位置到对准位置的中间位置χ，估算出该位置的参考磁链λref(χ，i)，并结合虚拟磁链λvir和30°位置处的参考磁链λref(30°，i)，估算出电机转速；
步骤s6、根据当前相位驱动信号的下降沿和下一相位驱动信号的上升沿脉冲，采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号，进而控制开关磁阻电机。
进一步地，步骤s4中，当λvir<λref(θoff，i)时，则意味着转子未达到当前的相位关断角，则应保持当前的a相通电。
进一步地，步骤s5中电机转速的估算方法为：
对比虚拟磁链λvir与中间位置的参考磁链λref(χ，i)，当λvir＝λref(χ，i)时，记录时间为t1；
当λvir＝λref(30°，i)时，意味着转子到达换相位置，因此产生上升沿脉冲以开通下一相b，同时记录时间t2；
随后，由公式
进一步地，步骤s4中，当λvir＝λref(θoff，i)时，意味着转子到达当前的a相关断角位置，因此产生下降沿脉冲以使a相关断。
进一步地，步骤s6中采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号的具体步骤为：
由步骤s4中虚拟磁链λvir与参考磁链λref的比较中，得出两个时刻，即当前a相中驱动信号的下降沿和下一b相中驱动信号的上升沿；将当前阶段a的下降沿脉冲延迟30°作为下一个阶段b的下降沿脉，b相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个c相的上升沿，b相的下降沿脉冲延迟30°冲作为下一个c相的下降沿，c相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个a相的上升沿脉冲；由此获得三相的上升沿和下降沿脉冲。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：本发明的一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，采用单相电流传感器，以虚拟相电压代替实际电压并计算出运行条件下的虚拟磁链，并将特定位置的参考磁链与虚拟磁链进行比较，确定关断角位置和相换向位置；并根据当前相位驱动信号的下降沿和下一相位驱动信号的上升沿脉冲，采用延迟时间策略产生三相的触发脉冲信号，进而实现控制；本申请仅采用单相电流传感器即能实现开关磁阻电机的精准控制，大大降低了运行成本，确保了控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例基于虚拟磁链和单相电流检测的无位置传感器算法远离框图；
图2a为本发明实施例中角度位置控制模式下用虚拟相电压代替实际相电压的示意图；
图2b为本发明实施例中电流斩波控制模式下用虚拟相电压代替实际相电压的示意图；
图3a为本发明实施例中角度位置控制模式下用虚拟磁链法确定换相角位置和关断角位置的示意图；
图3b为本发明实施例中电流斩波控制模式下用虚拟磁链法确定换相角位置和关断角位置的示意图；
图4为本发明实施例基于中间位置和换相位置的电机转速估算原理图；
图5为本发明实施例中产生三相触发脉冲的延迟时间策略示意图；
图6a为本发明实施例中角度位置控制下转子的一个开通关断周期磁链轨迹曲线和30°转子位置的磁链-电流曲线图；
图6b为本发明实施例中电流斩波控制下转子的一个开通关断周期磁链轨迹曲线和30°转子位置的磁链-电流曲线图；；
图7a为本发明实施例中角度位置控制模式下转子的一个开通关断周期内虚拟磁链-电流(λvirtual-i)曲线和30°转子位置的参考磁链曲线图；
图7b为本发明实施例中电流斩波控制模式下转子的一个开通关断周期内虚拟磁链-电流(λvirtual-i)曲线和30°转子位置的参考磁链曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，以6/4srm驱动器为例的基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，包含以下步骤：
步骤s1、假设导通顺序为a、b、c，首先给出关断角θoff，直流母线电压ubus以及电源开关压降us1，us2和二极管压降ud1，ud2；
步骤s2、用安装在当前导电阶段a相中的电流传感器测量a相电流；以虚拟电压uvirtual代替a相的实际电压，并将虚拟电压uvirtual和a相电流发送至磁链计算的处理器中；
如图2a所示，在角度位置控制中，在励磁状态期间，虚拟相电压uvirtual等于实际电压ureal的值，即ubus-us1-us2；此后，虚拟相电压uvirtual仍为恒定值ubus-us1-us2；如图2b所示，在电流斩波控制中，根据励磁状态下的电流斩波信号，uvirtual等于ubus-us1-us2或-ubus-us1-us2；励磁状态结束以后，uvirtual被ubus-us1-us2的恒定值代替；
由图2a和图2b可以看出，无论是在哪种控制方式下，在开通角θon和关断角θoff之间，30°转子位置的磁链曲线与虚拟磁链轨迹有且仅有一个交点p；
步骤s3、处理器由磁链计算公式
步骤s4、将λvir分别与λref(30°，i)和λref(θoff，i)进行比较，用以确定关断角位置和换相位置；
具体为：当λvir<λref(θoff，i)时，则意味着转子未达到当前的相位关断角，则应保持当前的a相通电；
当λvir＝λref(30°，i)时，意味着转子到达换相位置；
当λvir＝λref(θoff，i)时，意味着转子到达当前的a相关断角位置，因此产生下降沿脉冲以使a相关断；
如图3所示，图中分别给出了角度位置控制模式和电流斩波控制模式下，确定换相角位置和关断角位置；在该图中，交点p是换相位置，q是当前相的关断角位置；应当注意的是，在任何转子位置上的静态磁链曲线基本上都可以分为两个不同的电流线性函数，一个处于非饱和状态，另一个处于饱和状态；因此，参考磁链的波形与电流波形ia相似，相电流ia在励磁状态下迅速增大，然后减小；实际磁链λreal也在励磁状态下保持快速上升和对应的相电流趋势保持一致；
步骤s5、选择从未对准位置到对准位置的中间位置χ，估算出该位置的参考磁链λref(χ，i)；以6/4拓扑为例，其中间位置即为22.5°处；结合虚拟磁链λvir和30°位置处的参考磁链λref(30°，i)，估算出电机转速；
具体计算方法为：对比虚拟磁链λvir与中间位置的参考磁链λref(22.5°，i)，当λvir＝λref(22.5°，i)时，记录时间为t1；
当λvir＝λref(30°，i)时，转子到达换相位置，因此产生上升沿脉冲以开通下一相b，记录时间t2；
随后，由公式
如图4所示，为开关磁阻电机转速的方法示意，该方法中，添加了中心位置(以6/4拓扑为例，中心位置为22.5°)的参考磁链-电流曲线λref(22.5°,i)，以找到m位置；当虚拟磁链正好大于参考磁链λref(22.5°,i)时，记录时间t1；当虚拟磁链正好大于参考磁链λref(30°,i)时，记录时间t2；根据时间差和位置的差用于计算电机转速；
步骤s6、根据当前相位驱动信号的下降沿和下一相位驱动信号的上升沿脉冲，采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号，进而控制开关磁阻电机；
采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号的具体步骤如图5所示，由虚拟磁链λvir与参考磁链λref的比较中，得出两个时刻，即当前a相中驱动信号的下降沿和下一b相中驱动信号的上升沿；因此，应延迟它们以产生剩余的两相触发脉冲，计算出电机的转速；将当前阶段a的下降沿脉冲延迟30°作为下一个阶段b的下降沿脉，b相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个c相的上升沿，b相的下降沿脉冲延迟30°冲作为下一个c相的下降沿，c相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个a相的上升沿脉冲；由此获得三相的上升沿和下降沿脉冲。
如图6a所示，在电流斩波控制下转子的一个开通关断周期内磁链轨迹曲线和30°转子位置的磁链-电流曲线；如图6b所示，在角度位置控制下转子的一个开通关断周期内磁链轨迹曲线和30°转子位置的磁链-电流曲线；
由图6a和图6b可知，无论是电流斩波控制抑或是角度位置控制方式，在开通角θon和关断角θoff之间，30°转子位置的磁链曲线与磁链轨迹有且仅有一个交点p。
如图7a所示，在角度位置控制模式下，转子的一个开通-关断周期内虚拟磁链-电流(λvirtual-i)轨迹和30°转子位置的参考磁链曲线；如图7b所示，在电流斩波控制模式下，转子的一个开通-关断周期内虚拟磁链-电流(λvirtual-i)轨迹和30°转子位置的参考磁链曲线；
由图7a和图7b可以看出，无论是在哪种控制方式下，在开通角θon和关断角θoff之间，30°转子位置的磁链曲线与虚拟磁链轨迹有且仅有一个交点p；这意味着，当取消电压传感器时，可以通过检查交点p来实现无位置传感器的换向位置。
本发明的一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，采用单相电流传感器，以虚拟相电压代替实际电压并计算出运行条件下的虚拟磁链，并将特定位置的参考磁链与虚拟磁链进行比较，确定关断角位置和相换向位置；并根据当前相位驱动信号的下降沿和下一相位驱动信号的上升沿脉冲，采用延迟时间策略产生三相的触发脉冲信号，进而实现控制；本申请仅采用单相电流传感器即能实现开关磁阻电机的精准控制，大大降低了运行成本，确保了控制精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤s1、假设导通顺序为a、b、c，首先给出关断角θoff，直流母线电压ubus以及电源开关压降us1，us2和二极管压降ud1，ud2；
步骤s2、用安装在当前导电阶段a相中的电流传感器测量a相电流；以虚拟电压uvirtual代替a相的实际电压，并将虚拟电压uvirtual和a相电流发送至磁链计算的处理器中；
步骤s3、处理器由磁链计算公式
步骤s4、将λvir分别与λref(30°，i)和λref(θoff，i)进行比较，用以确定关断角位置和换相位置；
步骤s5、选择从未对准位置到对准位置的中间位置χ，估算出该位置的参考磁链λref(χ，i)，并结合虚拟磁链λvir和30°位置处的参考磁链λref(30°，i)，估算出电机转速；
步骤s6、根据当前相位驱动信号的下降沿和下一相位驱动信号的上升沿脉冲，采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号，进而控制开关磁阻电机。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤s4中，当λvir<λref(θoff，i)时，则意味着转子未达到当前的相位关断角，则应保持当前的a相通电。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤s5中电机转速的估算方法为：
对比虚拟磁链λvir与中间位置的参考磁链λref(χ，i)，当λvir＝λref(χ，i)时，记录时间为t1；
当λvir＝λref(30°，i)时，意味着转子到达换相位置，因此产生上升沿脉冲以开通下一相b，同时记录时间t2；
随后，由公式
4.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤s4中，当λvir＝λref(θoff，i)时，意味着转子到达当前的a相关断角位置，因此产生下降沿脉冲以使a相关断。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链和单相电流检测的开关磁阻电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤s6中采用延迟时间策略产生三相触发脉冲信号的具体步骤为：
由步骤s4中虚拟磁链λvir与参考磁链λref的比较中，得出两个时刻，即当前a相中驱动信号的下降沿和下一b相中驱动信号的上升沿；将当前阶段a的下降沿脉冲延迟30°作为下一个阶段b的下降沿脉，b相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个c相的上升沿，b相的下降沿脉冲延迟30°冲作为下一个c相的下降沿，c相的上升沿脉冲延迟30°作为下一个a相的上升沿脉冲；由此获得三相的上升沿和下降沿脉冲。
技术总结