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南京航空航天大学
硕士学位论文
开关磁阻电机无位置传感器技术研究
姓名:毛宇阳
申请学位级别:硕士
专业:电机与电器
指导教师:邓智泉
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
开关磁阻电机具有结构简单、效率高、容错性强及控制灵活等优点,因而备受关注,其应
用领域已经涉及航空航天、油田、电动汽车等领域。开关磁阻电机的运行依赖于对转子位置的
检测,然而安装位置传感器不仅增加了电机的成本,而且在恶劣的环境下会降低系统的可靠性,
因此无位置传感器技术具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文分别研究了适合电机低
速运行的注入脉冲法和高速运行的电流-磁链法两种无位置传感器技术。
本文首先介绍了开关磁阻电机的基本方程和数学模型,讨论了光电传感器的工作原理,并
研究了在线检测位置传感器的故障情况。当三个传感器均发生故障时,能够及时切换至无位置
传感器运行状态。
基于注入脉冲法研究了电机初始位置精确定位的方法,进行了鲁棒性分析与实验验证;提
出了一种电机低速运行时的新型无位置传感器控制策略,这种策略适用于电机斩波运行模式,
在整个周期内向非导通相中注入高频脉冲,通过检测电流斜率差值估算转子位置。该方法消除
了反电势的影响,可以改变开通、关断角进行控制,并且适合于变压调速的场合。仿真分析和
实验均验证了该方法的有效性。
然后,研究了基于电流-磁链法的电机高速运行时的无位置传感器技术。电机的磁链特性是
电流-磁链法工作的基础,为此本文基于 DSP 对样机进行了磁链特性曲线的测量;相比于传统
的电流-磁链法,简化磁链法可提高算法的实时性、减少所需的内存空间,在介绍其工作原理后,
本文进行了实验验证;另外,通过仿真验证了 BP 神经网络运用于无位置传感器技术中的可行
性。
最后,介绍了系统硬件平台的设计和软件程序的编写。硬件平台主要包括电流检测及保护
电路、电压检测及保护电路、液晶显示电路等;软件程序主要包括 DSP 程序部分和 CPLD 程序
部分。

关键词:开关磁阻电机,无位置传感器,注入脉冲,电流斜率差值,电流-磁链法
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开关磁阻电机无位置传感器技术研究
Abstract
In recent years the switched reluctance motor (SRM) has received considerable attention due to its
simple structure, high efficiency, strong fault-tolerance and flexibility in control. Its application fields
have been involved in aerospace, oil development, electric vehicles and so on. The information of
rotor position is essential for driving SRM, however, the direct position sensors not only increase the
overall cost, but also deteriorate the system reliability in harsh environment. Hence, the sensorless
technique has important theoretical significance and project value. This paper studies the injected
voltage pulse method at low speed and the current-flux method at high speed respectively.
Firstly, this paper summarizes basic equations and mathematical models of SRM, discusses the
principle of light-electric sensor. Then the online detection method of sensors’ fault conditions is
studied. If all the three sensors go wrong, the motor can operate under sensorless condition.
Secondly, the method of determinin