[發明專利]一種用于航空起動發電系統的全速度無位置傳感器控制方法

有效

• 申請號: 201310713959.5
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103647484B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 趙耀;王慧貞;劉偉峰;華潔;楊岑
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種航空起動發電機無位置傳感器控制方法，屬于電機控制技術領域。

背景技術

在航空機電系統中，采用起動/發電一體化技術不僅能夠有效減小飛機重量、提高功率密度、提高可靠性，還有利于將發電機與發動機集成，改善發動機的喘振裕度和減少燃油消耗等，具有明顯的優點。然而起動發電機需要完成從靜止起動到高速運行至發動機點火的整個過程，為保證系統可靠運行，實現電機的高性能控制，位置傳感器必不可少。常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器(如開口變壓器、鐵磁諧振電路、接近開關等)、光電式位置傳感器(如遮光板)、磁敏式位置傳感器(如霍爾位置傳感器)等。機械式傳感器的引入限制了起動發電機的應用范圍，尤其是在易受電磁干擾、工作環境惡劣的飛機發動機起動發電系統中，更需要解決位置傳感器局限性的問題。因此，研究無位置傳感器技術對于充分發揮起動發電機在特殊環境下的運行能力具有重要的意義。

在現有的起動發電機無位置方法中，注入脈沖法在初始位置檢測中的應用最廣泛，也最簡便直接，本專利在靜止位置檢測上依舊使用脈沖注入法。在低速運行時，高頻脈沖注入檢測法、調制解調法、互感檢測法、磁鏈/電流檢測法、電流梯度檢測法、電感模型擬合法、智能觀測器法等方法是現有文獻提出的用于起動發電機的無位置方法，它們都有各自的特點，但是現有的方法都存在著電磁特性檢測易受干擾，易受勵磁電流和負載變化的影響，同時在檢測時若處理不當會造成電機失步。中、高速運行時，磁鏈/電流法、電感模型法、電流梯度法、神經網絡法和觀測器法等無位置傳感器方法的研究較多。然而現有的方法都有各自的轉速適用范圍，沒有一種方法可以完成低速到中、高速范圍的無位置控制，它們需要低速到中、高速的算法切換。

有如下幾種電機能夠在飛機電源系統中用做起動/發電機，它們是：三級式電勵磁同步電機、雙凸極電機等。

三級式電勵磁同步電機和電勵磁雙凸極電機等起動發電機在航空中應用時，起動時采用地面電源或蓄電池給起動發電機提供勵磁電流，與起動發電機同軸運行的永磁電機不接入系統，且可處于空載發電狀態，此時其反電勢不受干擾，波形失真度小。待轉速增加至發動機點火后，由發動機帶動起動發電機發電運行，起動發電機的勵磁電流由與其同軸相連的永磁電機發電整流后通過調壓器提供。因此這一獨特的運行原理和結構為三級式電勵磁同步電機和電勵磁雙凸極電機等起動發電機電動運行時實現全速度范圍無位置傳感器技術提供了基礎。因此本專利提出一種利用與起動發電機同軸旋轉的永磁電機發電運行時的線電勢過零點作為換相信號，確保電機全速度范圍無位置傳感器平穩運行。

發明內容

本發明在已經提出的一種基于換相點電流響應的電勵磁雙凸極電機起動加速無位置傳感器方法基礎上，利用三級式電勵磁同步電機和電勵磁雙凸極電機等起動發電機電動運行時與其同軸運行的永磁電機不接入系統，可處于空載發電狀態，起動發電機發電運行時才需要同軸運行的永磁電機發電后整流提供勵磁電流的特點，結合起動發電機的驅動電路和電磁特性以及永磁電機發電運行時的電勢特性，提出了一種新穎的用于航空起動發電系統的永磁電機和起動發電機同軸相連的全速度無位置傳感器技術，該方法需要解決的問題是：克服了起動發電機低速運行時反電勢無法檢測，電流斬波檢測易受干擾的弱點，克服了起動發電機高速運行時端電壓易受干擾，檢測復雜的缺點，避免了起動發電機全速度范圍內運行時電磁特性易受勵磁電流和負載變化干擾的問題，充分考慮了永磁電機發電運行的線電勢變化規律以及與起動發電機換相點之間的關系，同時利用了永磁電機空載發電運行時不易受到干擾的優點，得到一種用于起動發電機運行的可靠且容易實現的無位置傳感器控制策略，該方法為起動發電機在全速度條件下的無位置傳感器平穩運行奠定了基礎。

本發明為實現上述解決方案，采用如下技術策略：

1)首先計算確定永磁電機和起動發電機的定轉子極數，再通過仿真確定永磁電機定轉子位置變化與各相線電勢之間的關系，同時確定起動發電機的0°機械角度位置以及0°機械角度位置的參考相定轉子位置，根據已有的永磁電機定轉子位置變化與各相線電勢之間的關系確定同軸相連的永磁電機和起動發電機定轉子位置的關系，并確定永磁電機的參考檢測相；

2)通過注入脈沖法確定靜止時起動發電機轉子位置區域，即高頻開關不同組合的起動發電機驅動電路開關，在高頻開關時采樣直流母線上的電流，比較電流響應的幅值，確定初始位置轉子所在的區域范圍，然后確定初始導通開關管組合及初始開通時間，給定開通信號，電機開始旋轉；