开关磁阻电机位置传感器故障诊断与低速无位置传感器方法研究

摘要

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)具有结构简单、成本低、控制灵活、调速性能好、容错性能强等优点，吸引了国内外学者的广泛关注，目前已成功应用于航空航天、电动车驱动、家用电器、工业应用等众多领域中。开关磁阻电机的运行需要实时转子位置信息，但是传统的光电、磁敏等硬件位置传感器通常和电机本体装配在一起，不仅增加了成本和体积，而且当电机工作在高温、潮湿、多粉尘等恶劣环境下时，位置传感器容易发生故障。因此，研究位置传感器的故障诊断和容错控制，以及无位置传感器技术，将有助于提高开关磁阻电机的应用潜力。
　　本文通过分析开关磁阻电机方波位置信号，提出一种基于边沿时刻预测的位置信号故障诊断方法。该方法利用相邻三个边沿时刻预测第四个边沿时刻，与实际边沿时刻进行对比，来判断位置传感器是否故障。该算法能够准确诊断故障恢复后位置信号是否正常。能独立诊断各相位置信号，且能适用于电机加减速频繁的应用场合，并可以推广应用到其他具有矩形波式位置信号的电机的故障诊断故障诊断。同时针对传感器的故障，提出了相应的故障容错控制方法。最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可靠性。当所有位置传感器都发生故障时，则无法再获得位置信号，因此本文研究了基于高频正弦信号注入的无位置传感器方法，推导了注入高频信号模型，以及位置估算的方法，通过滤波和一系列的坐标变换，得到实时转子位置，并通过实验实现了该方法的低速无位置传感器运行。针对高频信号注入方法的一些局限性，研究了基于PWM控制的低速无位置传感器方法。即利用可以等效为高频正弦信号注入的PWM信号作为驱动信号来控制电机运行。介绍了该PWM信号的产生并通过频谱分析说明了其等效原理，引入了移相相减的方法来简化位置信息的解算过程，并保证了位置估算精度，最后通过仿真和实验，验证了该方法的可行性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 位置信号故障诊断概述

1.3 SRM无位置传感器技术概述

1.4 本文研究意义和内容安排

第二章 开关磁阻电机位置信号故障诊断与容错控制

2.1 位置信号故障概述

2.2 位置信号故障诊断与容错控制

2.3 位置信号故障恢复诊断

2.4 仿真与实验

2.5 本章小结

第三章 基于高频正弦信号注入的无位置传感器控制算法

3.1开关磁阻电机高频信号注入法的理论研究

3.2仿真分析

3.3实验验证

3.4本章小结

第四章 基于PWM控制的开关磁阻电机无位置控制算法

4.1基于PWM控制的高频注入

4.2 基于高频信号的无位置算法

4.3仿真分析

4.4实验验证

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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