一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法

本发明涉及电流检测，具体是一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法。

背景技术：

1、开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、调速范围宽和容错能力强等特点，广泛应用于航空航天、新能源汽车及工业驱动等领域。相电流是开关磁阻电机电流闭环控制和转矩调节的重要反馈量，电流检测的准确性直接影响着电机的运行性能。为减少传感器数量并降低硬件成本，现有技术通常利用两只电流传感器采集母线或桥臂电流，并结合各相绕组在电流周期内的导通关系重构三相电流。但是现有电流重构方法大多假设传感器参数保持不变，未将传感器增益和偏置纳入考虑。当传感器存在偏置误差或增益误差时，测量误差会直接影响三相电流重构结果。功率开关器件故障后，容错运行拓扑会改变原本的相电流回路，正常工作模式下的重构关系难以直接沿用。若通过增加额外的电流传感器，则会增加系统成本、体积和复杂度。因此，需要一种在不增加电流传感器的前提下，利用系统已有信息对双传感器偏置与增益进行校正，并适用于正常运行与容错运行模式的三相电流重构方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有开关磁阻电机双传感器电流重构方法易受传感器偏置与增益影响，且难以适应正常运行与容错运行模式下不同测量关系的问题，提出一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法。

2、本发明提出的技术方案为：

3、一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法，根据三相绕组电流穿过两个电流传感器的方向及等效匝数建立双传感器输出的电流测量映射矩阵，构建包含传感器增益和偏置的仿射测量模型；在各相单独导通区间内构造左零空间事件残差，以消除当前导通相电流，获得双传感器的偏置估计值，利用偏置估计值对原始传感器输出进行补偿；低速阶段向单独导通相绕组注入电压脉冲，估计双传感器的增益系数并进行增益补偿；根据各相功率开关管的开关组合将每个周期划分为六个子区间，确定各区间内的零电流相，结合偏置和增益补偿后的双传感器测量关系与电流测量映射矩阵的零空间关系，实现正常运行与容错运行条件下的三相电流重构。

4、本发明一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法包括如下步骤：

5、步骤1：建立含增益和偏置的双传感器电流仿射测量模型；

6、步骤2：在各相单独导通区间内构造左零空间事件残差，估计双传感器偏置，利用偏置估计值补偿双传感器输出；

7、步骤3：在低速阶段向单独导通相绕组注入电压脉冲，估计双传感器增益系数并进行增益补偿；

8、步骤4：根据各相功率开关管的开关组合将每个周期划分为六个子区间，确定各区间内的零电流相，结合完成偏置和增益补偿后的双传感器测量关系与电流测量映射矩阵的零空间关系，实现正常以及容错模式下的三相电流重构；

9、三相电流向量x为：

10、

11、式中，ia、ib和ic分别为开关磁阻电机a相、b相和c相绕组电流。

12、双传感器的输出向量z为：

13、

14、式中，il1和il2分别为传感器1和传感器2的实际输出。

15、根据三相绕组电流穿过两个电流传感器的方向及等效匝数，建立双传感器输出的电流测量映射矩阵m：

16、

17、式中，mjs为第s相电流在第j个传感器中的测量系数；ms为测量矩阵中第s相对应的列向量，s∈{a，b，c}。

18、考虑电流传感器的增益与偏置，双传感器仿射测量模型表示为：

19、

20、式中，为双传感器偏置向量，β1、β2分别为传感器1和传感器2的偏置值；k为双传感器的增益系数。

21、在单相导通区间内，假设仅有第s相电流非零，则双传感器仿射测量模型可表示为：

22、

23、式中，is为单相导通区间内非零的第s相电流。

24、选取非零向量gs，使其满足：

25、

26、式中，gs为ms的左零空间向量。

27、构造第s相单相导通区间对应的事件残差rs：

28、

29、将n个有效单相导通事件对应的残差依次排列，构造事件残差向量r：

30、

31、式中，n为用于偏置估计的有效单相导通事件数量。

32、将各事件对应的回归向量gtt按行排列，构成回归矩阵γ：

33、

34、建立偏置参数的线性回归模型：

35、

36、采用加权最小二乘估计偏置参数：

37、

38、式中，为双传感器偏置参数的估计值；w为权重矩阵。

39、选取回归矩阵的左零空间向量h，可得：

40、

41、构造残差η：

42、

43、基于一致性残差阈值判据构建事件触发式偏置估计更新机制，当|η|≤ηth时，判定当前事件数据满足偏置模型的一致性条件，并更新传感器偏置估计值，式中ηth为预设的判定阈值；

44、偏置补偿后的双传感器仿射测量向量为：

45、

46、式中，zc为偏置补偿后的双传感器仿射测量向量。

47、偏置补偿后的双传感器仿射测量向量可表示为：

48、

49、第s相的等效测量电流为：

50、

51、式中，为含传感器增益的等效相电流；可得。

52、第s相绕组的电压方程为：

53、

54、式中，us为第s相绕组的相电压；rs为第s相绕组的电阻；ψs为第s相磁链；θs为第s相的转子位置；ω为转子角速度；d为微分算子；

55、

56、式中，ls=∂ψs/∂is为第s相增量电感；es=∂ψs/∂θs为第s相反电动势。

57、将代入，得到：

58、

59、在脉冲注入区间[t0,t1]内积分，得到：

60、

61、传感器增益估计值可以表示为：

62、

63、得到：

64、

65、

66、为减小单次脉冲测量误差，连续施加n个满足有效性条件的脉冲，则增益估计值可以表示为：

67、

68、完成偏置和增益补偿后的测量向量y为：

69、

70、式中，y1和y2分别为完成偏置和增益补偿后传感器1和传感器2的输出。

71、电流测量映射矩阵m满行秩，即，选取非零向量n，使其满足：

72、

73、式中，n为电流测量映射矩阵m右零空间的一个基向量。

74、电流测量映射矩阵m的moore–penrose伪逆m+为：

75、

76、偏置和增益补偿后双传感器测量方程的一个特解为：

77、

78、式中，xcgq为偏置和增益补偿后双传感器测量方程的最小欧氏范数解。

79、三相电流的通解可表示为：

80、

81、式中，q为三相电流在电流测量映射矩阵右零方向上的坐标。

82、根据各相功率开关管的开关组合将每个周期划分为六个子区间，确定各区间内的第j相电流为零，即；δj为与第j相对应的单位向量，则

83、

84、代入三相电流的通解，得：

85、

86、得到：

87、

88、式中，δjtn≠0；将q代入，得到重构电流表达式：

89、

90、有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明适用于一种开关磁阻电机双电流传感器增益与偏置自校正方法，有效解决现有三相电流重构方法未考虑传感器增益与偏置，且难以兼顾正常运行与容错运行模式下不同电流回路的问题。根据三相绕组电流穿过两个电流传感器的方向及等效匝数建立双传感器输出的电流测量映射矩阵，构建包含传感器增益和偏置的仿射测量模型；在各相单独导通区间内构造左零空间事件残差，以消除当前导通相电流，获得双传感器的偏置估计值，利用偏置估计值对原始传感器输出进行补偿；低速阶段向单独导通相绕组注入电压脉冲，估计双传感器的增益系数，对双传感器输出进行增益补偿；根据各相功率开关管的开关组合将每个周期划分为六个子区间，确定各区间内的零电流相，结合双传感器测量关系与测量矩阵的零空间关系，实现正常运行与容错运行条件下的三相电流重构。该方法无需增加额外的电流传感器，能够在传感器存在偏置和增益误差时对测量信号进行补偿，减小传感器参数变化引起的三相电流重构误差。