开关磁阻电动机转子位置间接检测技术研究
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摘要
本课题以开关磁阻电动机转子位置间接检测技术为主题开展研究工作，以期有助于无位置传感器SR电机间接检测转子位置技术进一步的研究。
本文在SR电机线性模型和准线性模型基础上给出了一种SR电机的非线性电感模型，采用最小二乘参数估计法给出了该解析表达式的各项系数。
本文研究了基于人工神经网络的SR电机转子位置推断，采用改进的BP算法建立了SR电机神经网络转子位置θ(i，L)模型。由于开关磁阻电机相电感随转子位置变化的非线性，当采用一个神经网络模型时，在电机气隙较大位置处存在较大的误差，因此本文提出采用两个神经网络分段处理。仿真结果表明该方法有效。
本文对基于阻抗法测量相电感的SRM转子位置检测技术进行了仿真研究。根据该方法进行了基于80C196单片机的SRM转子位置间接检测系统的软、硬件设计和调试，初步研究了如何实现无位置传感器SR电机的转子位置间接检测。
This subject puts emphasis on the research of position sensorless technique of switched reluctance motor(SRM) for the further development of position sensorless technique of SRM.
Based on linear and quasi-linear method, this paper provides a non-linear inductance model of SRM. The coefficients of the model are gained with least square parameter estimation.
The deduction method of SRM's rotor position based on Artificial Neural Network(ANN)is studied in this paper. An ANN rotor position (i, L) model of SRM is built with modified BP neural network. Due to the non-linear influence between phase inductance and rotor position, when a neural network model is used there are more errors where the motor's air interval is bigger. So this paper suggests to apply two neural networks considering the different situation. Emulation result implies this method is effective.
Emulation of detecting rotor position based on resistance method to measure phase inductance is also studied. According to this method a design of software and hardware is presented in this paper ,which uses 196KB single chip as micro controller. How to realize sensorless technique of SRM is studied preliminary.
本文在SR电机线性模型和准线性模型基础上给出了一种SR电机的非线性电感模型，采用最小二乘参数估计法给出了该解析表达式的各项系数。
本文研究了基于人工神经网络的SR电机转子位置推断，采用改进的BP算法建立了SR电机神经网络转子位置θ(i，L)模型。由于开关磁阻电机相电感随转子位置变化的非线性，当采用一个神经网络模型时，在电机气隙较大位置处存在较大的误差，因此本文提出采用两个神经网络分段处理。仿真结果表明该方法有效。
本文对基于阻抗法测量相电感的SRM转子位置检测技术进行了仿真研究。根据该方法进行了基于80C196单片机的SRM转子位置间接检测系统的软、硬件设计和调试，初步研究了如何实现无位置传感器SR电机的转子位置间接检测。
This subject puts emphasis on the research of position sensorless technique of switched reluctance motor(SRM) for the further development of position sensorless technique of SRM.
Based on linear and quasi-linear method, this paper provides a non-linear inductance model of SRM. The coefficients of the model are gained with least square parameter estimation.
The deduction method of SRM's rotor position based on Artificial Neural Network(ANN)is studied in this paper. An ANN rotor position (i, L) model of SRM is built with modified BP neural network. Due to the non-linear influence between phase inductance and rotor position, when a neural network model is used there are more errors where the motor's air interval is bigger. So this paper suggests to apply two neural networks considering the different situation. Emulation result implies this method is effective.
Emulation of detecting rotor position based on resistance method to measure phase inductance is also studied. According to this method a design of software and hardware is presented in this paper ,which uses 196KB single chip as micro controller. How to realize sensorless technique of SRM is studied preliminary.
引文
[1] 王宏华 开关型磁阻电动机调速控制技术 第1版 北京：机械工业出版社，1995
[2] 刘迪吉等 开关磁阻调速电动机 第1版 北京：机械工业出版社，1994
[3] R. Krishnan, Fellow The 27th Annual Conference of IEEE Industry Electronics Society. "Sensorless Operation of SRM Drivers: R & D Status" pp: 1498-1502,2001.
[4] 邱亦慧，詹琼华等．基于简化磁链法的开关磁阻电机间接位置检测．中国电机工程学报，2000，10．
[5] 詹琼华 开关磁阻电动机[M]．华中理工大学出版社，1992
[6] 朱伟．智能控制技术及其在开关磁阻电机调速系统中的应用研究．硕士论文．河海大学．2002．
[7] Elams. C et al. Modelling of Nonlinear Switched Reluctance Drive Based on Artificial Neural Networks. IEEE Power Electronics and Variable-Speed Drives.
[8] 李人厚．智能控制理论和方法．西安电子科技大学出版社，1999．
[9] 贾好来．SRM 调速系统技术的研究热点．电工技术．2001．(4)
[10] 杨玉岗．开关磁阻电机驱动系统的研究．博士论文．清华大学．1997．
[11] 任套牢 等．开关磁阻电机的原理及其应用．煤矿自动化．1998．Vol．6 No．9
[12] 黎家玲 等．开关磁阻电动机电流斩波分析．第二届全国开关磁阻电机研讨会论文集．
[13] 薛向党 等．开关磁阻电动机角度最佳控制的研究方法与数字仿真．电工技术学报．1992，(2)．
[14] 高超 等．开关磁阻电动机系统低速运行的性能与控制方式．电气传动．1991．(3)．
[15] 汤宁平 等．开关磁阻电机的微机控制．电工技术杂志．1988．(11)．
[16] 傅丰礼 等．4KW 开关磁阻电动机及控制装置研究．中小型电机．1998．25(4)．
[17] 梁冠安 等．用派克方程分析开关磁阻电动机．微特电机．1995．(3)．
[18] 王振民 等．开关磁阻电机的发展．电世界．1997．(5)．
[19] 成颖 等．基于神经网络开关磁阻电机转矩脉动最小化策略的研究．机电工程1997年机电一体化论文集．
[20] 金磐石 等．Intle 96 系列单片微型机应用详解．第1版 北京：电子工业出版社，1992．
[21] 喻方平 等．MCS-96 系列单片机PL／M语言编程及系统的设计于调试．电子工业出版社．1998．
[22] 孙传友等 测控系统原理与设计 第一版 北京：北京航空航天大学出版社，2002．
[23] 霍红义，李雷军等．几种新型的SRM功率变换器．煤第11卷第一期，2002
[24] 陈昊，谢桂林等．开关磁阻电机功率变换器主电路研究．电力电子技术．2000年第3期．
[25] 王宏华 等．一种新型SR电机功率变换器主电路的分析与设计．中小型电机．1999，26 (4)
[26] 王忠建 开关磁阻电机振动的有限元分析与控制研究．硕士论文．河海大学．2002
[27] 樊小明、经亚枝等．新型无位置传感器开关磁阻电机的研究．南京航空航天大学学报．1996(12)．
[28] 严欣平等．无转子位置传感器的开关磁阻电机转速控制．中小型电机．1996，23 (2)．
[29] 邱亦慧等．无位置传感器开关磁阻电机的无反转起动研究．电工技术学报．2001 (4)
[30] 邱亦慧、詹琼华等．五位置传感器的全数字化开关磁阻电机驱动系统．电力电子技术．2000 (10)
[31] 毛良明等．开关磁阻电机间接位置检测方案研究．中小型电机．1999，26 (3)
[32] 王旭东等．无位置传感器开关磁阻电动机位置的检测与预报．中国电机工程学报．2000 (7)
[33] 李俊卿等．开关磁阻电机发展综述．华北电力大学学报．2002 (1)
[34] 郭惠禅等．取消位置传感器的开关磁阻电机位置闭环控制．山西电力技术．1998 (4)
[35] 刘剑等．神经网络在开关磁阻电机控制中的应用研究．中小型电机．2000，27 (3)
[36] 孙丹等．适合于控制策略研究的开关磁阻电机非线性电感模型．微特电机．2001 (3)
[37] 梁清华等．80C196KC内部A／D转换器的使用．仪表技术．2001 (6)
[38] 从爽 面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用 第1版 合肥：中国科学技术大学出版社，1998
[39] 彭延军等．8098单片机的可编程A／D与D／A系统的设计与实现．山东科技大学学报(自然科学版)．2000 (3)
[40] 叶永珍等．起动电机计算机测试系统的研制．微电机．1999(第4期)
[41] 陈国初等．智能化电机转速-转矩特性测试实验装置．青岛大学学报．2001 (9)
[42] A.Bellini F. Filippetti Position Sensorless Control of SRM Drive Using ANN-Techniques. IEEE, 709-714, 1998
[43] 詹琼华等．开关磁阻电动机电容式位置检测技术．电工技术学报．1999 (6)
[44] 刘剑等．取消转于位置传感器的SRM检测技术初探．沈阳建筑工程学院学报．1998 (1)
[45] M. Ehsani, I.Husain, and A.B.Kulkarni,"Elimination of Discrete Position Sensor and Current Sensor in Switched Reluctance Motor Drivers."IEEE Trans.on Industry Applications. Vol.28.No. 1 .pp. 128-134,1992.
[46] M.Ehsani,I.Husain, S.Mahajan, and K.R. Ramani,"New Modulation Encoding Techniques for Indirect Rotor Position Sensing in Switched Reluctance Motors." IEEE Trans, on Industry Applications. Vol.30．No.1.pp.85-91, 1994.
[47] W.F. Ray and I.H.AI-Bahadly,"Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors."Fifth Europeon Conference on Power Electronics and Application. Vol.6.pp. 7-13,1993.
[48] Gabriel Gallegos-Lopez, philip C.Kjacr and Timonthy J.E.Miler,"A new sensorless method for switched reluctance motor drives."IEEE Trans on Industry Applications, Vol.34,No.4.pp.832-840,July/August 1998.
[49] G. Surash, B.Fahimi,K.M.Rahman, and M.Ehsani,"Analysis of Amplitude Modulation Method for Sensorless SRM Drivers" IEEE-IECON 98 Conf. Vol.2.pp 917～922,1998.
[50] J.Bu and L.Xu "Eliminating Starting Hesitation for Reliable Sensorless Control of Switched Reluctance Motor."IEEE-IAS,98 Conf, Vol 1.pp 693-700,1998.
[51] Michael T. DiRenzo and so on. Self-Trained Commutation Algorithm for an SR Motor Drive System without Positon Sensing. IEEE Industry Application Society Annual Meeting. October 5-9, 1997
[52] Arkadan AA. Switched reluctance motor drive systems dynamic performance prediction and experimental verification[J].IEEE T-EC, 1994,9(1):36-44.
[53] Stepen R M, ed. Rotor Position Estimation for Switched Reluctance Motor. US. Patent, 4,772,839.
[2] 刘迪吉等 开关磁阻调速电动机 第1版 北京：机械工业出版社，1994
[3] R. Krishnan, Fellow The 27th Annual Conference of IEEE Industry Electronics Society. "Sensorless Operation of SRM Drivers: R & D Status" pp: 1498-1502,2001.
[4] 邱亦慧，詹琼华等．基于简化磁链法的开关磁阻电机间接位置检测．中国电机工程学报，2000，10．
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[25] 王宏华 等．一种新型SR电机功率变换器主电路的分析与设计．中小型电机．1999，26 (4)
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[27] 樊小明、经亚枝等．新型无位置传感器开关磁阻电机的研究．南京航空航天大学学报．1996(12)．
[28] 严欣平等．无转子位置传感器的开关磁阻电机转速控制．中小型电机．1996，23 (2)．
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[30] 邱亦慧、詹琼华等．五位置传感器的全数字化开关磁阻电机驱动系统．电力电子技术．2000 (10)
[31] 毛良明等．开关磁阻电机间接位置检测方案研究．中小型电机．1999，26 (3)
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[33] 李俊卿等．开关磁阻电机发展综述．华北电力大学学报．2002 (1)
[34] 郭惠禅等．取消位置传感器的开关磁阻电机位置闭环控制．山西电力技术．1998 (4)
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[47] W.F. Ray and I.H.AI-Bahadly,"Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors."Fifth Europeon Conference on Power Electronics and Application. Vol.6.pp. 7-13,1993.
[48] Gabriel Gallegos-Lopez, philip C.Kjacr and Timonthy J.E.Miler,"A new sensorless method for switched reluctance motor drives."IEEE Trans on Industry Applications, Vol.34,No.4.pp.832-840,July/August 1998.
[49] G. Surash, B.Fahimi,K.M.Rahman, and M.Ehsani,"Analysis of Amplitude Modulation Method for Sensorless SRM Drivers" IEEE-IECON 98 Conf. Vol.2.pp 917～922,1998.
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[53] Stepen R M, ed. Rotor Position Estimation for Switched Reluctance Motor. US. Patent, 4,772,839.