基于ADE优化的IPMSM全速域无传感器控制

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)全速域的无传感器控制和切换速域的平滑过渡,提出了一种基于自适应差分进化(ADE)算法优化的复合控制方法。分别在零低速域、中高速域采用旋转高频电压注入法和滑模观测器法来对电机转速和转子位置进行估算,并在切换速域采用基于ADE算法的权重系数优化法来实现上述两种控制方法的平滑切换,从而实现IPMSM全速域无传感器控制。仿真结果表明:提出的复合控制方法能够实现电机全速域的无感控制和切换速域的平滑过渡,且具有良好的稳定性。

一种优化高频注入法PMSM无位置传感器控制

传统高频信号注入法采用带通滤波器分离信号,龙伯格观测器利用所得信号计算出转子位置,考虑到带通滤波器设计复杂且使高频信号幅值产生衰减,同时龙伯格观测器需要电机转矩反馈、转动惯量等多种机械参数,这些因素干扰电机控制系统的动态性能等。采用基于低通滤波器的信号分离方法可在不损失高频信号得到含转子位置信号;利用电机的转速、转子位置角以及其角加速度之间关系构建扩张状态观测器,可以避免测量负载转矩和对不确定扰动的估计。仿真及实验结果表明,该优化策略能够使电机在低速控制时稳定运行,且具有更好的低速动态性能。

优化脉振高频信号注入的PMSM无位置传感器控制方法

针对基于脉振高频信号注入法的永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器控制策略中,使用带通滤波器(band pass filter, BPF)会增加系统相位延迟,造成观测性能不佳的问题,提出一种采用双二阶广义积分器(second order-second order generalized integrator, SO-SOGI)的优化脉振高频信号注入法无位置传感器控制策略。首先,设计了采用SO-SOGI观测PMSM转子位置和转速信息的方法。其次,分析了所采用的SO-SOGI在中心频率处的幅频特性,验证了SO-SOGI具有较好的基波提取能力和内环负反馈调节机制,可以输出特定的频率信号而不存在相位延迟。最后,MATLAB/Simulink的仿真验证结果表明:在静态运行时转子位置估计的精度提高约0.7 rad,证明了该方法拥有良好的位置估算精度,提高了系统的可靠性;在动态运行时转速估计误差减小了62.5%左右,该方法能有效适应低速下转速变化,提高了系统的抗扰动性。

一种基于双位置观测器的永磁同步电机低速无位置传感器控制方法

为了实现永磁同步电机低速段无位置传感器控制系统对转子位置的快速跟踪和对转速信号的低噪声估计,该文提出了一种基于锁相环与滑模观测器的双位置观测器控制方法。该方法利用两组坐标变换实现了高频信号注入过程与磁场定向控制的解耦,通过改变滑模观测器增益与转速环闭环带宽的方式实现稳态时低噪声、暂态时低延迟的信号估计。控制器参数基于闭环带宽进行设计,避免了低通滤波器的使用,从而简化了控制系统。针对带宽切换过程,该文提出了一种切换策略,利用转速环与滑模观测器中的积分环节,实现了平滑的带宽切换。最后通过实验验证了所提方法的有效性。

基于零电压注入的航空电驱动用永磁电机系统零低速无位置传感器控制

针对航空电驱动系统零低速域高性能无位置传感器控制算法的需求,本文提出了一种基于零电压注入的无位置传感器控制策略。首先,针对传统高频注入法的高频噪声问题,引入随机高频信号代替传统信号,在估计的d轴中激励出与位置相关的响应电流。随后,对传统信号及随机高频信号的噪声产生与抑制机理进行理论分析;进一步分析死区效应对位置观测的影响,在随机高频信号注入基础上,额外注入零电压矢量,并设计死区补偿策略以抑制由死区效应所引起的位置观测误差。最后,通过MATLAB/Simulink验证了所提出无位置传感器控制策略的有效性。本文所提出的算法可实现零低速域的低噪声低谐波无位置传感器控制,对航空电驱动系统控制策略的设计具有参考价值。

面向大容量直驱风电机组的机侧MMC电容电压脉动抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为大容量风电机组背靠背变频器具有良好前景,但机侧MMC运行时面临低频工况下子模块电容电压波动幅度大的难题。本文提出一种复合的二倍频环流叠加高频注入策略,通过二倍频环流注入抑制大量电容电压的二倍频纹波,并在此之上叠加高频注入进一步提高低频工况上下桥臂能量交换速度,达到大幅度降低子模块电容电压波动的目的。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型对所提策略的有效性进行验证。仿真结果显示,二倍频环流注入可抑制44.19%的电容电压波动,叠加高频电压和高频环流注入后可进一步抑制51.6%的电容电压波动,在相同的电压波动要求下降低了对子模块电容容值的需求。所提策略在风速突变下和并网点发生暂态故障期间仍具有有效性,适用于大规模海上风电并网等场景。

基于高频电压突变量的特高压直流输电系统接地极引线故障监测方法

为快速检测并切除特高压直流输电系统接地极引线故障,提出了一种基于高频电压突变量的高压直流输电接地极引线故障监测方法。首先分析了接地极引线接地故障时高频电压的特性,在此基础上,提出了利用高频电压突变量作为判据检测接地极引线故障的新方案。所提出的故障监测方法不受高频信号下接地极引线阻抗—距离非单调性质的影响,有一定的抗过渡电阻的能力,对接地极引线参数测量误差具有较强的适应性。并且,该算法可以直接应用于现有的接地极故障监视系统(ELIS)中,无需额外的硬件投资。为验证所提出方案的性能,基于电磁暂态仿真程序PSCAD进行了数字仿真试验,结果表明,当过渡电阻小于200?时,该方法均能灵敏可靠地识别并隔离故障,其在电力系统中具有良好的应用前景。

PMSM无速度传感器最优转矩控制系统的研究

针对永磁同步电机自身特点及转子位置和速度检测问题,采用最优转矩控制策略,提出了将脉振高频电压信号注入法和模型参考自适应法有机结合的新型无速度传感器的复合方法,设计了PMSM无速度传感器的SVPWM最优转矩控制系统。通过设计速度切换方案,实现速度的平稳过渡。此复合方法解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题。仿真结果表明:该方法能可靠地实现包括初始磁位在内的转子位置和速度的精确检测和控制,系统具有优良的动态、稳态性能。

基于双频陷波器的改进型高频脉振电压注入无位置传感器控制策略

传统高频脉振电压注入法采用基于带通滤波器与低通滤波器结合的策略,实现位置误差信号提取。但该策略的不足在于无法同时兼顾位置观测闭环的滤波精度与动态性能。为此,提出一种基于双频陷波器(dual frequency notch filter,DFNF)级联低通滤波器的改进型位置误差信号提取策略。该策略通过提高环路增益实现带宽扩展,再利用DFNF加强对二次注入谐波的抑制能力,使位置观测环同时具备高带宽与强滤波特性。首先,对位置观测等效闭环进行建模,并利用闭环传递函数幅频特性分析传统位置误差信号提取策略存在的问题;然后,对改进型位置误差信号提取策略的原理进行介绍,并对比2种位置误差信号提取策略的性能;最后,基于RT-LAB实验平台,对2种位置误差信号提取策略的位置辨识效果进行对比验证。

特高压直流输电系统接地极引线阻抗监视策略

为提升特高压直流输电系统接地极引线的故障识别性能,提出一种新的接地极引线阻抗监视策略。对输电线路的全频带阻抗—距离特性进行了理论分析,以此为基础提出了基于高频信号注入的接地极引线阻抗监视策略,并给出了注入信号频率选择原则及故障告警判据。研究表明:若接地极引线长度超过注入信号的1/2波长,金属性接地故障时,阻抗监视装置测量阻抗的虚部随故障距离呈周期性变化,加大了判据整定的难度。因此注入信号频率的选择应保证金属性故障时,线路阻抗随故障距离的增加而单调变化,同时最大的故障阻抗模值应小于线路正常运行时的阻抗,且留有一定裕度。PSCAD仿真验证了该策略的有效性。

两种高频信号注入法无传感器运行分析对比

介绍了两种高频信号注入法的应用场合,分析了二者转子位置检测的原理,指出了二者的不同与实现技术的关键,通过仿真和实验的对比结果表明两种方法都能在低速下有效地实现转子位置的自检测,不依赖电机的参数与工况,具有较强的鲁棒性。采用旋转高频电压信号注入法的系统,难点在于对不同速度下对转子位置估算角进行补偿,结构虽然复杂,但易于实现与调试。采用脉振高频电压信号注入法的调速系统结构简单,但对调节器参数敏感,如何根据系统参数整定调节器参数是该系统实现的关键。

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

为了克服机械式传感器给永磁同步电机调速系统带来的缺陷,深入研究了永磁同步电机脉振高频电压信号注入法的原理,采用PI控制算法对转子位置进行无偏估计,实现了永磁同步电机无传感器的矢量控制。在以TMS320LF2407A为控制核心的实验平台上进行了验证,结果表明脉振高频电压信号注入法切实可行,能够实现电机的正反转、加载等实验,具有良好的调速性能指标。

基于脉动高频信号注入的永磁同步电动机转子位置检测

利用电动机的凸极效应跟踪转子位置,可以实现电机全速度范围内转子位置的检测,且对电机参数的变化不敏感,鲁棒性好。对脉动高频信号注入法进行永磁同步电动机转子位置检测的原理进行剖析。在定子绕组端注入高频小幅值的脉动电压信号,将产生的带有转子位置信息的高频载波电流解调后,送入位置观测器,可观测出转子位置。通过仿真进行算法验证,结果表明,对具有凸极效应的永磁同步电动机来说,脉动高频信号注入法能够精确地跟踪转子位置,尤其是能够解决低速甚至零速下的转子位置检测。

永磁同步电机宽速域无位置传感器控制

基于采用改进型模型参考自适应法及脉振高频电压信号注入法对电机转子转速和位置进行辨识的原理与性能的分析,提出了一种宽速域内适用的无位置传感器复合控制法。通过滞环加权切换法实现了2种方法的平滑切换,克服了改进型模型参考自适应法在零速与低速时误差大,以及脉振高频电压注入法在高速时有稳态位置误差的缺点。经实验验证,复合控制法能在宽速域内准确地辨识出转子的转速与位置,系统动态响应快,鲁棒性好,对于宽速域内永磁同步电机无位置传感器研究具有重要的理论和现实意义。

正负高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器控制

提出一种正负高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法;研究基于旋转坐标系下电流响应的单锁相环角位置信息提取方式,简化算法结构;提出在不中断的高频注入电压信号上叠加直流电压偏置的方法,通过电流振荡幅值实现磁极方向准确判断。400W永磁电机系统上的实验结果验证了所提方法的有效性。

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化,解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测,提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性,同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明,该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统,系统仿真运行表明,该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移,并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

基于FIR优化滤波的旋转高频信号注入法及其应用

针对传统旋转高频信号注入法中信号处理精度低、延时时间长及过程复杂等缺陷,提出一种基于有限冲激响应(finiteimpulse response,FIR)优化滤波的改进旋转高频信号注入法。该方法采用等纹波最佳逼近FIR滤波器提取高频电流信号,实现高频电流信号提取误差最小。通过对高频电流作外差处理,提取转子位置误差信号,省去旋转高频信号注入法中的同步轴系滤波单元,降低系统的复杂性。通过线性相位补偿,实现转子速度与位置估计最小延迟。构建无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制平台,验证算法的有效性。仿真实验结果表明:通过离线优化设计FIR滤波器及线性相位补偿,该方法在全速范围内能够准确估计转子的位置与速度,与卡尔曼滤波相比,其估计精度更高,鲁棒性更强。

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

针对机械位置传感器给永磁同步电动机(PMSM)调速系统带来成本高,可靠性低、不易维护等问题,采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行。该方法给电机定子绕组注入脉振高频电压信号,利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出转子位置信号,实现控制系统的无传感器运行。实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步电机无传感器矢量控制的可行性和有效性。

基于估计位置反馈电流解调算法的改进型高频旋转电压注入无位置传感器控制策略

高频旋转电压注入法是一种常用的永磁同步电机零低速区转子位置估计方法,其电流解调通常采用同步轴系高通滤波器(SFHF)算法实现,但不足之处在于,不仅电流解调过程复杂,而且位置估计误差随转速的变化而变化。为此,提出一种基于估计位置反馈(EPF)的电流解调算法。一方面,利用EPF电流解调算法设计高效的位置误差补偿策略,消除转速对位置估计精度的影响;另一方面,采用该电流解调算法后系统具有独立的位置估计环路,通过在位置环采用陷波器(NF)对谐波成分陷波,有效地扩展了位置环闭环带宽,从而提高了高动态加减速工况的位置估计精度。该文回顾传统高频旋转电压注入法的实现过程,详细介绍EPF电流解调算法以及位置估计误差补偿策略,并分析利用NF对位置环带宽进行扩展的原理。最后搭建永磁同步电机实验平台对所提策略进行实验验证。

永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行研究

在分析悬浮绕组电感与转子径向位移线性关系的基础上,针对永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行的需要,分析了一种基于悬浮绕组高频信号注入的转子径向位移估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、悬浮绕组差分电压提取及转子径向位移跟踪观测器设计等位移检测原理和实现技术,并应用这种位移检测方法建立了永磁型无轴承电机无径向位移传感器控制系统。仿真研究表明,该位移自检测方法能在永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的径向位移,实现无径向位移传感器方式的稳定悬浮运行。