基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

基于高频正交方波注入法的永磁同步电机控制研究

针对传统高频注入法解调过程复杂和观测精度受非理想因素时延影响的不足,提出一种基于高频正交方波注入法的零低速位置估计方法。首先,考虑估计旋转轴系注入的低可靠性,选择将高频信号注入静止轴系,采用简单代数运算提取出高频响应电流,通过解调正向虚拟高频响应电流初步估计转子位置;然后,针对主要非理想因素进行影响分析,在此基础上,通过解调负向虚拟高频响应电流提取出相位滞后角,完成补偿;最后,为避免启动阶段位置收敛错误,通过获取电感变化趋势判断出磁极极性。实验结果表明,所提算法在各类工况均能稳定收敛,且最大平均误差不超过1°,说明了算法的抗扰性以及准确性。

改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

PMSM正切趋近律无位置传感器角度补偿方法研究

在负载转矩突变的动态过程中,基于PI调节器的角度补偿方法作用时PMSM超螺旋滑模观测器(STSMO)转子电角度估算误差波动剧烈,因此依据角度估算误差的定义,建立了转子电角度补偿算法的数学模型。根据滑模控制和趋近律理论,提出了基于正切趋近律的变步长闭环角度补偿方法,选择角度估算误差的半角正切值作为角度调节步长,并通过前馈解耦得到的角度估算误差正余弦信号计算该步长,实现了对无位置传感器控制系统动态性能和抗扰动能力的改善。根据归一化灵敏度的定义,分析调节步长随角度估算误差变化的灵敏度,提出了基于归一化补偿灵敏度的系统动态性能分析方法,衡量两种补偿算法作用下系统的动态性能。计算和仿真结果表明,正切趋近律补偿方法具有更高的归一化补偿灵敏度,在负载转矩突变等角度估算误差变化剧烈的工况下能够实现更好的补偿效果,抑制估算角度误差的波动。实验结果表明,相比传统的PI补偿方法,正切趋近律补偿方法能够将突加额定转矩动态过程中角度估算误差的波动幅度降低61.9%,动态过程持续时间缩短23%,有效提升了系统的动态性能和抗扰动能力。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

基于新型自适应滑模观测器的PMSM无传感器控制

为了实现无位置传感器控制策略在永磁同步电机中的应用,在传统滑模观测器的基础上提出了一种改进型的自适应滑模观测器算法。提出的改进型自适应滑模观测器中使用更平滑的sigmoid函数取代了传统的符号函数,并结合反电动势的自适应律有效地减少了提取的反电动势中包含的高频分量,避免了低通滤波器在使用过程中带来的抖振和相位延迟现象。最后反电动势中包含的转子位置信息与速度信息通过锁相环提取。为了验证模型的可行性,基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型进行了仿真分析,并以TMS320F28377芯片为核心搭建了永磁同步电机硬件实验平台进行实验验证,仿真与实验结果验证了该方法的有效性和实用性。

基于滑模观测器的高速PMSM无传感器控制

针对基于饱和函数滑模观测器方法存在调节参数多及低通滤波器带来的相位延迟问题,研究一种基于超螺旋算法的滑模观测器无传感器控制策略,通过理论推导及系统稳定性分析,设计了一种滑模系数根据转速变化在线调节的自适应滑模系数算法。通过实验验证了该方法相比于基于饱和函数滑模观测器,能在较宽速度范围内有效地抑制抖振,提高了无传感器控制系统的估计精度,简化了参数调节过程及滤波器设计环节。

永磁同步电机全转速范围无位置传感器控制

为解决IF控制启动速度偏慢、启动转矩能力薄弱等问题,采用高频脉振电压注入法完成电动机零低速启动,并结合中高速区有效磁链法形成全转速范围无位置传感器复合控制策略。为了实现两种控制方法的平滑切换,提出一种基于转速过渡区与状态机结合的滞环切换策略,所提策略将全转速范围划分为零低速区、过渡区以及中高速区,电动机由中高速区进入过渡区时提前开启高频脉振电压注入法,使其位置估计过程达到稳定,为切换做好准备。为了减小注入高频电压对有效磁链法位置估计过程的冲击,在转速过渡区采用软开启的方式实现高频脉振电压注入法的投入与退出。针对转速过渡区两种位置估计方法同时工作时的耦合问题,设置了双同步旋转坐标系,实现了转子位置估计的解耦控制。在一台三相永磁同步电机上对所提方法的有效性进行了验证。

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

基于滑模观测器的永磁同步电机谐波电流抑制

传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统,利用电机的反电势来提取转子位置信息,但其定子电流中含有大量的谐波而产生畸变,对控制系统产生不利的影响。本文在永磁同步电机滑模观测器的基础上,通过一种谐波抑制算法,向PWM三相调制参考电压波形中添加相应的谐波成分,以抵消电机电流中的谐波。通过仿真验证,证明了这种方法的有效性,显著减小定子电流的畸变,降低转矩脉动,并提供更高的系统灵活性,提高了永磁同步电机的无传感器控制系统性能。

基于改进型ADRC的PMSM无位置传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制中传统速度环PI调节器存在协调性与抗干扰能力差的问题,引入自抗扰控制(ADRC)替代速度环PI调节器,考虑到线性ADRC中PD控制存在性能较差的缺点,选择滑模控制代替PD控制,提出改进型ADRC控制方法;同时采用模型参考自适应系统(MRAS)取代传统机械式位置传感器对电机的转子位置进行检测,实现了永磁同步电机无位置传感器控制。通过采用改进型ADRC与MRAS相结合的控制方法,电机控制系统具有了更好的动态响应速度和抗干扰能力。最后通过永磁同步电机对拖实验平台对电机在转速恒定负载突变和带载启动转速突变两种工况下进行实验,验证了改进型ADRC与MRAS相结合的控制策略的有效性。

基于改进超螺旋滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制

针对传统滑模观测器存在高频抖振和抗扰动能力差的问题,提出一种基于改进超螺旋滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制方法。在超螺旋滑模算法的基础上,采用附加线性环节的线性超螺旋滑模观测器以提升观测性能;对增益参数进行自适应设计,实现观测器增益参数的动态自整定;同时,为抑制切换过程产生的系统抖振,采用softsign函数替代不连续的符号函数;为进一步提高系统抵抗扰动的能力,在速度环加入自抗扰控制结构增强系统稳定性;搭建系统仿真模型,验证所提方法能较好地适用于宽速域工况,具有较好的跟踪性和估算精度。

基于改进型积分滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对传统滑模观测器在位置估计过程中的抖振问题,设计一种易于实现的分段平方根切换函数代替传统不连续开关函数,并利用李雅普诺夫稳定性判据对其稳定性进行分析。针对传统锁相环在进行位置估计过程中对转速变化跟踪能力差的问题,提出一种改进锁相环,通过增加微分环节提高电机转速与位置的估计速度,通过增加速度负反馈环节提高系统在暂态过程中的动态性能。在此基础上,通过锁相与位置误差辨识机制,提出一种位置误差全补偿算法,解决了由滤波器、零阶状态保持器等相位延迟环节引起的位置估计误差问题。此外,该文利用形式简单的d-q坐标系电压方程建立滑模观测器,在采用PLL进行位置估计时,无需进行α-β坐标系下的位置误差构建。最后,通过仿真和实验验证所提方案可行性和有效性。

基于STM32的无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统

针对无刷直流电机在方波控制时效率低、转矩脉动大,以及位置传感器降低系统稳定性等问题,基于32位MCU STM32F103C8T6设计了一套无位置传感器矢量控制系统。该系统利用滑模状态观测器对电机转子位置及转速进行精确估计,并采用电流与速度双闭环矢量进行控制。测试显示,与传统方波驱动相比,电机运行噪声明显变小,且电流波形具有较高的正弦度。适用于空调、助力自行车等对噪声比较敏感的电器,同时成本低廉,有较高的市场应用价值。

永磁同步电机模糊滑模无位置传感器控制

针对滑模量在滑模面切换以及速度非线性变化而致使的系统抖振问题,提出一种超旋转滑模模糊观测器。滑模观测器(SMO)存在的高频抖振会对电机控制系统产生很大的影响,导致电机产生转速波动和稳态误差。为了削弱SMO的抖振问题,首先对滑模动态变量的趋近速度动态变化导致的抖振问题,通过引入模糊逻辑理论使得系统状态量趋动速度智能化,设置模糊规则以达到智能动态化速度,以系统动态变量趋向切换面的距离与状态量动态趋向速度为规则因子,动态智能化趋向速度;其次对系统变换函数导致的系统抖振,进一步采用连续函数F(s)代替不连续的sgn(s)符号函数。该方案有效削弱了系统的抖振问题,相较于SMO控制提高了系统的稳定性。

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应鲁棒控制

永磁同步电机无传感器控制具有简化机械结构、降低成本和延长使用寿命等优点,然而其跟踪性能受不可测系统状态和干扰的观测精度影响。为了提高其跟踪精度,提出了一种结合转子位置、转速和干扰观测器的自适应鲁棒控制方法。首先,通过滑模观测器获得反电动势估计;然后,引入自适应律对参数化不确定性进行在线估计,形成以转子位置误差为输入的扩张状态观测器,提高了观测精度;最后,基于不确定性项估计和干扰观测值,设计转速跟踪误差的积分滑模面和相应的自适应滑模控制器,保证了电机系统的控制性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

静止坐标系下无电网电压传感器虚拟同步机控制策略

针对采用虚拟磁链算法的无电网电压传感器存在的直流偏移等问题,提出基于一阶低通滤波器和高通滤波器串联结构的改进磁链观测器,利用改进的磁链观测器得出虚拟磁链,提高了观测的精度。在得到虚拟磁链的基础上,针对不同电网频率运行条件,利用锁相环思想提出电网角频率的计算结构,并由虚拟出的磁链与电压的关系来重构电网电压。此外,将所提无电网电压传感器策略应用于网侧变流器系统中,在两相静止坐标系下设计虚拟同步控制结构,相比于旋转坐标系,可省去控制内环的解耦环节,同时还能简化坐标变换环节,避免了因坐标变换中角度不准而引入的不稳定因素。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略与磁链观测器的有效性与可靠性。

基于二阶变增益滑模的感应电机电压模型磁链观测器

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问题;2)由于存在直流偏置,需要采用非理想积分器来估计转子磁链。针对这2个问题,该文提出相应解决方案:1)改进二阶滑模观测器结构,并根据稳定性条件设计可变增益,以同时实现宽调速范围内的观测器稳定性与抖振抑制;2)根据滑模观测器的输出,设计一种带直流偏置补偿的积分器,以提升磁链估计精确度。最后,在3.7 kW的感应电机实验装置上进行对比实验,证明所提方法有效性。

表贴式永磁同步电机无位置传感器零低速起动方法的比较研究

由于运行在中高速状态下的永磁同步电机无位置传感器控制方式大多是采用反电动势来估算角度位置和转速,这在零低速往往不适用。为了实现表贴式永磁同步电机无位置传感器零低速起动和平滑切换到中高速运行,分析了恒压频比控制、恒流频比控制、脉振电压信号高频注入法三种低速起动控制方法。开环恒压频比控制采用了新的V/F曲线和电压补偿,近似补偿定子阻抗压降防止起动失败;单闭环IF控制和双闭环脉振高频电压注入控制采用加权算法切换至滑模观测器。对某一表贴式永磁同步电机应用Matlab/Simulink进行了永磁同步电机无位置传感器控制系统的仿真分析,仿真结果验证了所提出方法的有效性。

基于改进型SMO的PMSM无传感器控制研究

针对传统滑模观测器(SMO)对永磁同步电机(PMSM)反电动势估计存在高频抖动而导致位置和转速误差较大的问题,分析设计了一种新型滑模观测器。首先,从滑模变结构控制原理出发,分析了传统SMO中控制函数的不足,其次,设计了新型控制函数,改善传统滑模观测器因使用开关函数造成估算值抖动过大的问题;同时使用频率自适应复系数滤波器代替传统的低通滤波器,提升估计转子位置和转速的精度。最后,在Matlab/Simulink平台搭建了算法仿真,仿真结果表明,该观测器能够很好地观测跟踪电机转速和其转子位置,能有效抑制高频抖振,提高滑模观测器估算精度,提高了PMSM无传感控制系统的稳定性。