現場可編程門陣列在開關磁阻電機無傳感器位置檢測中的應用
紀艷華1， 陳亮2
(1江蘇大學電氣信息工程學院，江蘇鎮江212013；
2上海電器科學研究所(集團)有限公司，上海200063)
摘要：提出了一種將現場可編程門陣列用于無位置傳感器的位置檢測方法，將復雜算法通過一個簡單的邏輯芯片實現，不僅提高了運算速度，而且簡化了控制電路。對一個三相6／4極開關磁阻電機進行仿真，結果表明系統在位置檢測和轉速檢測方面均有很好的可靠性。
關鍵詞：開關磁阻電機；現場可編程門陣列；無傳感器位置檢測；磁鏈法
中圈分類號：TM 352文獻標志碼：A文章編號：1673-6540(2010)064)0424-03
0 引 言
開關磁阻電機調速系統是由雙凸極開關磁阻電動機(Switched Reluctance Motor，SRM)、功率變換器、控制器及檢測器等組成的一種新型電動機調速系統(見圖1)。與傳統的直流和交流調速系統相比，SRM不僅保持了異步電動機的全部優點，而且電機結構簡單、控制方便、運行可靠、成低、效率高，正獲得日益廣泛的應用。SRM的轉子位置檢測足SRM正常運轉的重要組成部分，其檢測方案分為直接位置檢測法和間接位置檢測法兩類。直接檢測法引入了位置傳感器，使得電機結構變得復雜，安裝也不方便，還使得SRM調速系統的可靠性下降。因此，問接位置檢測技術
正逐漸成為SRM調速系統研究的熱門課題。
無位置傳感器檢測方法很多，如電流波形監測法、狀態觀測器檢測法、磁鏈法、利用相間互感與轉子位置關系檢測、電容式位置檢測技術、加測試線圈檢測等方案，這些方案各有優缺點，但綜觀其實際效果卻有一個共同的不足之處就是這些算法往往比較復雜，對位置檢測的實時性要較高，因此目前只局限在中低速領域。
本文在6／4極SRM單相輪流導通和電流采用脈寬調制(Pulse width M0dulatlon，PwM)技術控制的條件下，利用現場可編程門陣列(neldProgmmmableGste Arrav，FPGA)實現磁鏈法的間接位置檢測方案。將表示電流一磁鏈一位置角關系的勵磁特性曲線放入查找表中，不僅節約了大量的運算時間，而目．在高速區仍能獲得準確可靠的位置信號。
1 磁鏈法的基本原理及算法
1．1基本原理
磁鏈法直接對激勵相繞組的電流進行檢測，從而得到轉子位置信號。根據SRM的一相電壓方程：
測量出電機激勵相的電流I和電壓U及定子電阻R，即可計算出某一時刻的定子磁鏈值。實際電機轉子位置θ、定子磁鏈Ψ和電流i的關系如圖2所示。
SRM的勵磁特性曲線可以通過實際測量或有限元分析的方法得到，制成表格，在電機運行時通過查表，實時地得到轉子的位置。
1．2算法簡述
大多數位置估算算法并不考慮起動時的情況，本文為了實現SRM的無遲滯起動，需要在沒有對轉子初始校準和無干擾的情況下開始獲得轉子位置信息，因此算法中包括起動時的轉子位置估算，具體算法如下(流程如圖3所示)：
(1)在短時間內(0 5 ms)給電機的所有相通電；
(2)測量所有相的電壓和電流；
(3)獲取****電流相(勵磁相)；
(4)計算該相的磁鏈值；
(5)根據電流和磁鏈值查勵磁特性表，估計轉子位置；
(6)再轉到步驟(2)。
2基于FPGA的位置檢測控制器
FPGA芯片作為數字控制器用于實現無傳感器位置檢測時，其輸入、輸出信號如圖4所示。由電流和電壓傳感器檢測到的三相繞組電壓、電流值信號需經過八選一的多路選擇開關，開關的輸出連接到八位A／D轉換器，從而將模擬信號轉變成數字信號傳送給數字控制器。圖5所示為數字控制器內部的結構框圖。
| 
