开关磁阻电机位置检测方法
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2016/1/6
2016/1/6
注入脉冲法
初始位置检测：电机静止时，同时向三相注入高频 电压脉冲 低速运行时的位置检测：同时向非导通相注入电压 脉冲
2016/1/6
初始位置检测
2016/1/6
0 1、电机静止时， 2、忽略绕组的电阻压降 3、电机静止时，电感保持不变
向绕组中注入幅值一定的电压脉 冲，其响应电流的幅值大小：
2016/1/6
优点：原理简单，成本较低，不需要外加测试信号，提高了电 机的可靠性和容错能力; 低速运行情况下，由于旋转电动势很小， 可忽略，位置估计较为精确。 缺点：该方法受电机转速、电压波动以及斩波电流的影响，不适 合在高速下使用。
非导通相检测法
2016/1/6
非导通相检测法通过控制向非激励相注入高频低幅 的测试信号，测量出电流或其它信息，通过计算和 分析得到转子位置信息。此类方法算法比较简单， 适合于电机启动和较低转速时的转子位置估计，但 由于测量过程需要注入高频激励信号，易引起负转 矩，影响整个系统出力和效率，另外使控制电路复 杂 。
2016/1/6
国外一些研究(基于注入脉冲法)
电感分区法（起动）
思想：将各项电感的相位关系做以分区，利用各区 域内绕组的相电流逻辑关系，确定初始导通相。 起动前对各项绕组注入电压脉冲U，各相电感曲线与 电流曲线成倒置的关系。
2016/1/6
2016/1/6
电感分区法（低速）
思想：低速运行时，忽略旋转反电势，在每相的 0~22.5°范围 内，电感处于上升区，均可以产生正转矩。响应电流幅值的包 络线，将一个电感区间分为 6 个小区间。每个区间内的电流逻 辑关系不同，从而确定不同相的导通关断信号。 在一相电感的上升区内，非导通相电流的交叠点对应了 7.5°， 15°和 22.5°三个特殊位置点，而导通相的电流，远大于非导 通相注入脉冲的响应电流，无法确定换相点，对控制算法没有 意义。因此利用非导通相电流信号，可以确定导通相的开通与 关断，实现导通。
综合矢量法
思想：在电感分区的基础上，把相电感对应的转子 机械角对应到相应的电角度。 机械角度与电角度有如下关系：
2016/1/6
初始位置的电角度可由下式解算
初始位置的机械角度可求得
下一步工作计划
学习开关磁阻电机无位置传感器起动控制方法 学习开关磁阻电机无位置传感器在低速运行时的控 制方法
2016/1/6
附加元件法
2016/1/6
附加元件法是在电机内部的适当位置上增加一些元 件，在电机运行时这些元件的输出信息也随转子周 期性地发生变化，利用这种特性可以估算出转子的 位置。根据附加的元件不同，可分为极板电容检测 法和附加电感线圈法。
极板电容检测法
在电机定子槽中插入一个金属平板，该平板与转子之间就相当 于构成了电容器，当转子转动时，该电容器的极板面积和间距 也随之发生变化，也就是说电容的容值大小是转子位置的函数， 只需增加简单的电路检测出电容的容值，就能够估算出转子的 位置。 优点：算法简单，适用性强，与电机所带负载的大小无关。 缺点：由于放置元件，使SRM的制造工艺变得复杂。另外，若 定子槽内金属板放置位置不一致，就会使金属极板相对与转子 位置的变化特性不一致，产生较大的检测误差。
简化磁链法
T
1 2 dL i 2 d
2016/1/6
线性模型下的绕组相电流波形图
简化磁链法
位置检测的目的就是提供换想逻辑，在电机单项轮 流导通时，并不需要转子每一位置的信息，只要能 够判断是否已达到换相的位置即可。因此只需将积 分得到的估计磁链值与对应当前电流的换相位置的 参考磁链值相比较，如果前者大于后者，则认为换 相位置已到，管断当前相，导通下一相；反之，则 认为换相位置未到，继续导通当前相。
2016/1/6
基于电流斩波波形的检测法（适用于低速）
电流上升时间法
利用电流的上升或下降时间判断转子的位置，分别 为基于斩波波形的电流上升时间法和基于斩波波形 的电流下降时间法。
i
Imax
2016/1/6
I Imin
0
on
off
2off -on
电流下降时间法
与电流上升时间法相比，不同之处在于它不需要电压传感器检测电压。
开关磁阻电机的无位置传感器检测技术
刘莹
目录
2016/1/6
无位置传感器检测技术的作用
01
无位置传感器检测技术的优势
02
03
国内外对无位置传感器检wk.baidu.com技术
的研究 下一步工作计划
04
无位置传感器检测技术的作用
当电机静止时，转子位置是不确定的，由于没有位 置传感器，此时对电机定子哪一项通电的问题尤为 突出。 解决启动时候的转子初始位置和初始导通相的判断 问题，以保证不出现转子反转。
d (i, ) u k Rs ik dt
t
2016/1/6
est (uk Rs ik )dt 0
0
( , ik )
不同转子位置角 (i , ) 曲线图
k
优点：原理简单 缺点：由于要建立并查找一个电流/磁链/位置的三维表,算法复杂,计算时 间长,占用内存大,灵活性差等。针对磁链法的不足,提出了简化磁链法。
2016/1/6
参考磁链的获得
参考磁链的获得： 换相位置一般都靠近电感最大位置，因此该算法只测试存储最 大电感位置的磁链-电流曲线，然后再乘以一个小于1的系数k来 得到对应换相位置的参考磁链值。 优点：算法中只需要计算最大电感位置的磁链-电流曲线，然 后查询二维表，所需内存小，算法简单快速，此时结果较为准 确可靠。
电流波形检测法：最早的无位置传感器检测方案
i
dL ( ) d dL ( ) i d dt d
2016/1/6
优点：原理简单,不需要外加电路。 缺点：电感的计算时间较长,算法易受噪声信号的影响。
磁链法
其基本思想是忽略绕组互感的影响，基于开关磁阻 电机的磁链、电流和转子位置角之间的关系来检测 转子位置。
国内对无位置传感器检测技术的研究
导通相检测法
2016/1/6
导通相检测法是利用导通相导通时所表现出来的相 绕组特性来检测转子位置。但是由于电机绕组所表 现出来的非线性,必须采用非线性检测法,模型比较复 杂,对芯片的运算速度要求也比较高。 不需任何人为产生的电压电流信息,直接以电机运行 时的电流电压信息为基础,根据电机的实际模型或特 性曲线得到位置信息。
无位置传感器检测技术的优势
传统的SRM 转子位置检测法采用诸如光电编码器、 霍尔位置传感器等，称作直接位置检测法。由于机 械位置传感器的存在，增加了SRM 结构的复杂性， 影响了SRM 调速系统可靠性，也使得SRM 调速系 统的成本增加，另外，位置传感器的稳定性受环境 影响很大，阻碍了SRM 在生产和生活中的广泛应用。 为了克服这一弊病，国内外学者开始着手研究开关 磁阻电机无传感器控制技术。
2016/1/6
2016/1/6
相电流梯度法
相电流梯度法
0 比较与上一个 之间的时间间隔，可求得电机的转速，这个时间 0 间隔乘以极数即电机旋转一周的时间。结合0与电机的转速可控制 和 1，即下一相导通时间和该相关断时间，从而实现单拍和双拍控 2 制。 单拍：用于高速段，可减少转矩脉动 双拍：起动和低速段，有利于产生有效转矩
2016/1/6
2016/1/6
注入脉冲法缺点：
2016/1/6
1）该方法的相开通位置在 7.5°，已经偏离了相电感底部区域， 处在电感上升区，因此相电流上升缓慢，起动电流偏小，起动 转矩偏小； 2）相关断位置位于 SRM 定转子对齐位置，关断相的续流电流 会产生较大的负转矩； 3）只能单相轮流导通，开通、关断角无法调节； 4）该方法直接忽略了运动反电势和绕组电阻压降对响应电流峰 值的影响，因此只适用于转速较低的情况。
2016/1/6
一相响应电流的峰值与转子位置关系
三相响应电流的峰值与转子位置关系
低速运行时的位置检测
当 SRM 的一相正在工作时，对另外两个相邻的非工 作相同时施加脉冲激励，得到相应的响应电流，比 较其响应电流的大小来决定下一相何时导通。 优点：换相点的判断只与响应电流的相对变化有关， 而与其值的大小无关，因此抗干扰性较强，采用两 个非工作相进行判断，不仅提高了判断的精度，而 且还可以减小电压波动和负载波动的影响，从而减 小了检测误差。 缺点：需要外加检测电路，成本高，增加了系统的复 杂性。
2016/1/6
注入脉冲法
初始位置检测：电机静止时，同时向三相注入高频 电压脉冲 低速运行时的位置检测：同时向非导通相注入电压 脉冲
2016/1/6
初始位置检测
2016/1/6
0 1、电机静止时， 2、忽略绕组的电阻压降 3、电机静止时，电感保持不变
向绕组中注入幅值一定的电压脉 冲，其响应电流的幅值大小：
2016/1/6
优点：原理简单，成本较低，不需要外加测试信号，提高了电 机的可靠性和容错能力; 低速运行情况下，由于旋转电动势很小， 可忽略，位置估计较为精确。 缺点：该方法受电机转速、电压波动以及斩波电流的影响，不适 合在高速下使用。
非导通相检测法
2016/1/6
非导通相检测法通过控制向非激励相注入高频低幅 的测试信号，测量出电流或其它信息，通过计算和 分析得到转子位置信息。此类方法算法比较简单， 适合于电机启动和较低转速时的转子位置估计，但 由于测量过程需要注入高频激励信号，易引起负转 矩，影响整个系统出力和效率，另外使控制电路复 杂 。
2016/1/6
国外一些研究(基于注入脉冲法)
电感分区法（起动）
思想：将各项电感的相位关系做以分区，利用各区 域内绕组的相电流逻辑关系，确定初始导通相。 起动前对各项绕组注入电压脉冲U，各相电感曲线与 电流曲线成倒置的关系。
2016/1/6
2016/1/6
电感分区法（低速）
思想：低速运行时，忽略旋转反电势，在每相的 0~22.5°范围 内，电感处于上升区，均可以产生正转矩。响应电流幅值的包 络线，将一个电感区间分为 6 个小区间。每个区间内的电流逻 辑关系不同，从而确定不同相的导通关断信号。 在一相电感的上升区内，非导通相电流的交叠点对应了 7.5°， 15°和 22.5°三个特殊位置点，而导通相的电流，远大于非导 通相注入脉冲的响应电流，无法确定换相点，对控制算法没有 意义。因此利用非导通相电流信号，可以确定导通相的开通与 关断，实现导通。
综合矢量法
思想：在电感分区的基础上，把相电感对应的转子 机械角对应到相应的电角度。 机械角度与电角度有如下关系：
2016/1/6
初始位置的电角度可由下式解算
初始位置的机械角度可求得
下一步工作计划
学习开关磁阻电机无位置传感器起动控制方法 学习开关磁阻电机无位置传感器在低速运行时的控 制方法
2016/1/6
附加元件法
2016/1/6
附加元件法是在电机内部的适当位置上增加一些元 件，在电机运行时这些元件的输出信息也随转子周 期性地发生变化，利用这种特性可以估算出转子的 位置。根据附加的元件不同，可分为极板电容检测 法和附加电感线圈法。
极板电容检测法
在电机定子槽中插入一个金属平板，该平板与转子之间就相当 于构成了电容器，当转子转动时，该电容器的极板面积和间距 也随之发生变化，也就是说电容的容值大小是转子位置的函数， 只需增加简单的电路检测出电容的容值，就能够估算出转子的 位置。 优点：算法简单，适用性强，与电机所带负载的大小无关。 缺点：由于放置元件，使SRM的制造工艺变得复杂。另外，若 定子槽内金属板放置位置不一致，就会使金属极板相对与转子 位置的变化特性不一致，产生较大的检测误差。
简化磁链法
T
1 2 dL i 2 d
2016/1/6
线性模型下的绕组相电流波形图
简化磁链法
位置检测的目的就是提供换想逻辑，在电机单项轮 流导通时，并不需要转子每一位置的信息，只要能 够判断是否已达到换相的位置即可。因此只需将积 分得到的估计磁链值与对应当前电流的换相位置的 参考磁链值相比较，如果前者大于后者，则认为换 相位置已到，管断当前相，导通下一相；反之，则 认为换相位置未到，继续导通当前相。
2016/1/6
基于电流斩波波形的检测法（适用于低速）
电流上升时间法
利用电流的上升或下降时间判断转子的位置，分别 为基于斩波波形的电流上升时间法和基于斩波波形 的电流下降时间法。
i
Imax
2016/1/6
I Imin
0
on
off
2off -on
电流下降时间法
与电流上升时间法相比，不同之处在于它不需要电压传感器检测电压。
开关磁阻电机的无位置传感器检测技术
刘莹
目录
2016/1/6
无位置传感器检测技术的作用
01
无位置传感器检测技术的优势
02
03
国内外对无位置传感器检wk.baidu.com技术
的研究 下一步工作计划
04
无位置传感器检测技术的作用
当电机静止时，转子位置是不确定的，由于没有位 置传感器，此时对电机定子哪一项通电的问题尤为 突出。 解决启动时候的转子初始位置和初始导通相的判断 问题，以保证不出现转子反转。
d (i, ) u k Rs ik dt
t
2016/1/6
est (uk Rs ik )dt 0
0
( , ik )
不同转子位置角 (i , ) 曲线图
k
优点：原理简单 缺点：由于要建立并查找一个电流/磁链/位置的三维表,算法复杂,计算时 间长,占用内存大,灵活性差等。针对磁链法的不足,提出了简化磁链法。
2016/1/6
参考磁链的获得
参考磁链的获得： 换相位置一般都靠近电感最大位置，因此该算法只测试存储最 大电感位置的磁链-电流曲线，然后再乘以一个小于1的系数k来 得到对应换相位置的参考磁链值。 优点：算法中只需要计算最大电感位置的磁链-电流曲线，然 后查询二维表，所需内存小，算法简单快速，此时结果较为准 确可靠。
电流波形检测法：最早的无位置传感器检测方案
i
dL ( ) d dL ( ) i d dt d
2016/1/6
优点：原理简单,不需要外加电路。 缺点：电感的计算时间较长,算法易受噪声信号的影响。
磁链法
其基本思想是忽略绕组互感的影响，基于开关磁阻 电机的磁链、电流和转子位置角之间的关系来检测 转子位置。
国内对无位置传感器检测技术的研究
导通相检测法
2016/1/6
导通相检测法是利用导通相导通时所表现出来的相 绕组特性来检测转子位置。但是由于电机绕组所表 现出来的非线性,必须采用非线性检测法,模型比较复 杂,对芯片的运算速度要求也比较高。 不需任何人为产生的电压电流信息,直接以电机运行 时的电流电压信息为基础,根据电机的实际模型或特 性曲线得到位置信息。
无位置传感器检测技术的优势
传统的SRM 转子位置检测法采用诸如光电编码器、 霍尔位置传感器等，称作直接位置检测法。由于机 械位置传感器的存在，增加了SRM 结构的复杂性， 影响了SRM 调速系统可靠性，也使得SRM 调速系 统的成本增加，另外，位置传感器的稳定性受环境 影响很大，阻碍了SRM 在生产和生活中的广泛应用。 为了克服这一弊病，国内外学者开始着手研究开关 磁阻电机无传感器控制技术。
2016/1/6
2016/1/6
相电流梯度法
相电流梯度法
0 比较与上一个 之间的时间间隔，可求得电机的转速，这个时间 0 间隔乘以极数即电机旋转一周的时间。结合0与电机的转速可控制 和 1，即下一相导通时间和该相关断时间，从而实现单拍和双拍控 2 制。 单拍：用于高速段，可减少转矩脉动 双拍：起动和低速段，有利于产生有效转矩
2016/1/6
2016/1/6
注入脉冲法缺点：
2016/1/6
1）该方法的相开通位置在 7.5°，已经偏离了相电感底部区域， 处在电感上升区，因此相电流上升缓慢，起动电流偏小，起动 转矩偏小； 2）相关断位置位于 SRM 定转子对齐位置，关断相的续流电流 会产生较大的负转矩； 3）只能单相轮流导通，开通、关断角无法调节； 4）该方法直接忽略了运动反电势和绕组电阻压降对响应电流峰 值的影响，因此只适用于转速较低的情况。
2016/1/6
一相响应电流的峰值与转子位置关系
三相响应电流的峰值与转子位置关系
低速运行时的位置检测
当 SRM 的一相正在工作时，对另外两个相邻的非工 作相同时施加脉冲激励，得到相应的响应电流，比 较其响应电流的大小来决定下一相何时导通。 优点：换相点的判断只与响应电流的相对变化有关， 而与其值的大小无关，因此抗干扰性较强，采用两 个非工作相进行判断，不仅提高了判断的精度，而 且还可以减小电压波动和负载波动的影响，从而减 小了检测误差。 缺点：需要外加检测电路，成本高，增加了系统的复 杂性。