内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题,提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法。采用注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置,设计一种通过PI跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案,当误差调节至零时将获得磁极位置初判值,降低了算法的复杂性。以磁极位置初判值为矢量角,往定子绕组注入2个方向相反的脉冲电压矢量,通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性,实现对位置初判值进行校正,从而获得转子初始位置估计值。应用所提出的估计方法对一台22kW内置式永磁同步电机进行实验,得到转子位置电角度平均估计误差为4.6°。

基于高频电压信号注入的永磁同步电机转子初始位置估计

提出了一种表面安装式永磁同步电机转子初始位置估计的方法。其原理是向定子绕组中注入脉动的高频电压信号,由于定子电感随转子位置θ而变化,因此绕组的高频电流响应信号中含有θ角的信息,但是该方法无法判断转子磁极的极性,因此在初步辨识出θ角的基础上再向d轴注入高频电压信号,并利用磁场饱和引起的电感量的变化来估计出转子的磁极极性。该方法不需要知道电机的精确参数,也不需要额外的硬件。介绍了实验系统的构成和参数,给出了实验结果,实验结果表明理论分析正确。

内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对现有内置式永磁同步电机(IPMSM)转子初始位置估计方法设计复杂与计算量大的问题,提出了基于旋转高频信号注入和傅氏算法的改进方法。使用移相和傅氏算法从响应电流中提取转子位置初步估算值,利用磁路饱和特性获得转子磁极方向,综合其结果得到转子初始位置,并对死区效应等非线性因素对该方法的影响进行了分析。在此基础上提出使用移位代替移相滤波器(通过选择适当的PMW频率和注入信号频率)、平均滤波等方法改进算法实现。在实验平台上完成验证实验,实验结果表明本文提出的方法能够快速且准确地估算出IPMSM转子初始位置(误差小于6°电角度),并且该方法相比传统方法更容易实施、计算量更小,适合工程应用。

基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法

开关磁阻电机的转子必须与电机磁场保持同步才能保证电机的正常运行,因此对转子位置信息的准确检测非常重要。提出一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法,通过给自举电路中的电容充电,向各相绕组中注入诊断脉冲电流,根据各相诊断电流峰值和转子位置的关系,判断转子所在区间。该方法不依赖电机的具体电感模型,对控制系统带宽要求较低,无须电流闭环控制,检测过程不会造成电机转子的附加位移。阐述了利用自举电路检测开关磁阻电机初始位置的基本原理,给出了自举电路相关元件的选取原则,通过实验验证了所提出方法的有效性和实用性,并对引起误差的原因进行了分析。

一种具有容错功能的开关磁阻电机初始位置估计方法

初始位置估计是开关磁阻电机无位置传感器技术研究的关键。本文提出一种具有容错功能的开关磁阻电机初始位置估计方法。该方法利用双电流阈值将电感周期分成不同区域,在电机静止或惯性运行中,各相绕组同时注入高频脉冲,通过脉冲电流峰值与双电流阈值的比较估计初始分区,再由初始分区选择对应的脉冲电流与位置角之间的数学模型来估算出转子初始位置角。设置双电流阈值可以避免在电感最大和最小区域脉冲电流变化微小而带来的位置估计误差。为了增加开关磁阻电机初始位置估计容错功能,还提出了一种缺相故障运行下的初始位置估计方法。通过在静止、惯性运行、缺相故障三个状态下的初始位置估计实验,验证了该方法的可行性。

基于相电感综合矢量法的开关磁阻电机初始位置估计

精确的初始位置估计是开关磁阻电机无反转起动的前提,是无位置传感器技术研究的一个重要方向。针对静止和惯性运行状态提出了一种基于电感综合矢量的初始位置估计方法。该方法通过在各相同时注入高频低压脉冲,利用电流斜率差值计算法来实现各相电感估计;将各相电感视为互差120电角度的电感矢量,采用旋转坐标变换和单位规范化方法很大程度上消除了高次谐波,使得变换后的三相电感可以近似由单位正弦来表示;根据坐标变换的基本理论,利用综合矢量法可以估计出转子位置信息。基于一台12/8结构样机进行了实验,验证了算法的可行性。

一种改进的永磁同步电动机转子初始位置估计方法

针对永磁同步电机转子初始位置估计的问题,提出了一种基于离散傅里叶变换(DFT)方法的改进估计方法,应用Lyapunov稳定性定理,对估计方法的收敛问题进行了全面的分析和证明,并针对可能存在的估计奇点提出了工程解决方案。仿真结果表明,所提出的估计方法能够快速且准确地估计出永磁同步电动机转子初始位置,克服了传统的基于数字低通滤波器的方法所存在的响应时间、设计复杂等问题。相比传统方法,所提出方法的估计过程时间更短、所需计算量更少,适合工程应用。

内插式永磁同步电机转子初始位置估计

针对内插式永磁同步电机,提出一种无位置传感器转子初始角度估计的方法。该方法首先在估计的同步旋转的坐标系下注入高频电压信号,解调后得到位置偏差信号,通过PI调节器可得初次角度估计值;然后注入正负脉冲信号,借助不同磁极下直轴电路时间常数不同的特性,判断转子磁极的方向;最终正确估算出转子初始位置。仿真结果表明该算法不仅能够迅速估计出转子角度,而且辨识精度较高,改进了传统方法收敛速度慢、估计不准确的缺点。

铁氧体伺服电机转子初始位置估计研究

针对铁氧体伺服电机的静态转矩特性,提出了一种基于双坐标参考系铁氧体伺服电机转子位置的估算方法。该方法是在电机控制系统参考坐标系中施加2个不同的参考转矩指令,通过位置传感器计算转子最大移动距离,利用反三角函数和割线法估计电机磁极初始位置。该方法有效避免电机参数变化对位置估计的影响,且易于实现。样机仿真和现场实验结果表明,基于双坐标参考系铁氧体伺服电机转子位置估算方法能够快速收敛至估计值,估计误差小,简单易行。

基于时间阀值的开关磁阻电机初始位置估计方法

针对开关磁阻电机通过比较脉冲电流峰值大小估计转子初始位置算法,在两相电感相差细微的区域里有位置估计误差增大的问题,研究了一种基于时间阀值脉冲注入法的开关磁阻电机初始位置估计策略。以三相12/8结构电机为例,在静止状态下,向三相同时注入不同占空比的高频脉冲,保证各相脉冲电流变化量相等,记录各相脉冲电流上升时间,并比较其大小,确定转子当前初始分区,以实现电机初始位置估算。所提方法不但降低了因电感相差细微而带来的初始位置估计误差,还能提高电机起动的可靠性,实现了电机无反转。运用所述方法搭建了系统的仿真模型,并通过了实验,证明了其正确性和可行性。

内置式永磁同步电动机无传感器速度控制和转子初始位置估计方法的应用及实验研究

针对内置式永磁同步电动机传动提出了一种新的无速度传感器控制和转子初始位置估计方法。在内置式永磁同步电动机旋转过程中,采用扩展卡尔曼滤波方法,仅需测量电机定子的电压和电流,便可得到转速和转子位置的估计值。对内置式永磁同步电动机,采用扩展卡尔曼滤波方法的主要困难在于在静止坐标系中其动态模型的复杂性。由于磁路的不对称性,在静止坐标系中建内置式永磁同步电动机的模型比建表面式永磁同步电动机模型更复杂。在无传感器的传动系统中,电机的起动过程是一个问题,因为在起动之前没有任何信息可以获得。转子初始位置估计是在电机静止时,在瞬间对定子绕组施加合适的电压脉冲序列,通过测量峰值电流获得转子位置信息。利用磁饱和效应对凸极性的影响来区分南北磁极。给出基于浮点数字信号处理器TMS320C31平台得到的内置式永磁同步电动机实验结果。

基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法

针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法。首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响。为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力。实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题。

永磁同步电机转子初始位置的静止型估计

针对传统永磁同步电机转子初始位置静止型辨识方法的注入频率过高和电流不可控等问题,提出了一种基于正弦电流注入的估计方法。在电流闭环控制的基础上,当给定子注入正弦电流时,永磁同步电机的凸极效应与转子磁极方向的非线性磁路饱和特性使得电流环控制器输出电压中含有转子磁极位置信息与极性信息,可分别用于转子磁极的初次辨识角度估计和极性判断。该方法消除了定子电阻与电感的影响,降低了注入正弦电流的频率要求,且可控的定子电流有效防止因电流过大而损坏变频器或因电流过小而影响估计精度。内嵌式永磁同步电机Matlab仿真和永磁同步电梯曳引机实验均验证了该方法的可行性。

开关磁阻电机寻找初始位置的研究

开关磁阻电机(SRM)的转子必须与电机磁场保持同步才能保证电机的正常运行,因此对转子位置信息的准确检测非常重要。本小组通过向电机各相注入一定幅值的方波电压,利用相电流峰值及其与转子角位置之间的解析关系式求出转子的初始角位置,从而实现转子处于任何位置时的快速无反转起动。实验中,以一台四相8/6极SRM为对象进行相关实验,实验结果验证了该位置检测方法的可行性及预估相选取原则的正确性。

内置式永磁同步电机无位置传感器控制

针对无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)矢量控制系统,通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合,提出一种可实现在宽调速范围获取准确转子位置信息的混合观测方案。设计基于扩展反电动势模型的滑模观测器,对高频信号注入的滤波器和软件锁相环进行研究,并给出混合观测器的切换控制方法,以保证切换过程锁相环跟踪的同步性。针对无传感器IPMSM系统起动困难的问题,研究了一种初始位置估计方法,先注入高频信号检测磁极位置,再注入脉冲电压矢量来判断极性。最后通过IPMSM无位置传感器矢量控制系统验证了该控制策略的有效性。

磁链模型的双开关磁阻电机无位置传感器控制

针对开关磁阻电机(SRM)转子位置传感器带来的成本提高、可靠性降低的问题,研究双SRM无传感器控制。利用SRM两个特殊位置的磁链特性,建立非线性磁链解析模型,给出磁链模型中的参数计算方法,提出双开关磁阻电机无位置传感器控制策略。以TMS320F2812 DSP为控制核心,搭建两台18.5 kW SRM控制器,并实现双机无传感器同步运行。实验结果表明,该控制策略下电机静止启动无反转或抖振,相切换可靠、主从机转矩输出功率平衡、转子位置估计误差小于2°,系统具有良好的动态和静态性能,为双电机无传感器控制提供了一种易于实现的方案。

考虑定位力及摩擦力的永磁同步直线电机系统预定位估计算法

在永磁同步直线电机系统中,采用增量式传感器以及无位置控制技术对电机进行闭环控制时,定位力及摩擦力会导致对系统初始位置的估计出现较大偏差,影响起动性能。针对上述问题,该文提出一种考虑定位力以及摩擦力的永磁同步直线电机系统预定位算法。首先,在分析系统定位力、摩擦力特性的基础上,重点分析电机预定位时的动力平衡关系,考虑摩擦力对电机预定位过程的影响,讨论不同方向的预定位平衡位置。其次,推导预定位平衡位置估计可实现的约束条件,并基于静止坐标系下,提出一种基于二分法的预定位平衡位置迭代估计算法。最后,基于一台平板型永磁同步直线电机,配合“ARM+FPGA”的驱动控制平台,开展预定位估计算法的仿真与实验工作。通过仿真分析和实验验证了预定位估计算法的可行性与有效性。

永磁同步电机无位置传感器控制技术发展与研究

为了对永磁同步电机进行有效地控制,必须对转子位置和转速进行检测。基于无位置传感器的控制技术一直是该领域的一个研究热点。介绍了该技术目前的国内外研究现状,对基于电机电磁关系估算方法、观测器法、电机相电感法、人工智能法进行了分析,比较了各类方法的优缺点。针对隐极式永磁同步电机无位置传感器控制,还具体研究了一种转子初始位置估计的新方法。该方法不需要知道电机的精确参数,也不需要额外的硬件,实现比较简单,特别适用于表面安装式永磁同步电机,最后还给出了该估算方法的实验结果,验证了理论分析的正确性。

内嵌式永磁同步电机无位置传感器混合控制方法

针对无位置传感器内嵌式永磁同步电机(Interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)速度控制问题,研究了一种宽调速范围的估计转子位置和速度的混合控制策略。在电机静止情况下,通过基于脉振高频电压和定向脉冲电压矢量的两步注入法估计转子初始位置。电机启动后,低速段和中高速段分别采用基于龙伯格观测器(Luenberger observer, LBG)的脉振高频电压注入法和扩展电动势法(Extended electromotive force, eEMF)观测转子位置和速度。在切换区域,釆用加权方式实现两种估计方法的平滑过渡。最后通过IPMSM无位置传感器矢量控制实验系统验证了混合控制策略的有效性。