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。

基于改进型自调整轴系幅值收敛电流解调算法的旋转高频电压注入法

应用于旋转高频电压注入法的自调整轴系幅值收敛(SFAC)电流解调算法简单实用,可实现静止工况下永磁同步电机转子初始位置高精度辨识。但分析发现,由于位置估计误差随转速变化而变化,该算法不适用于非零速区间。为此,提出一种改进型SFAC(ISFAC)电流解调算法。该算法在估计dq坐标系下对高频电流解调并构造转子位置误差信号,利用正序、负序高频电流相移等值异号的特性实现电流相移自动抵消,不仅省去复杂的位置误差补偿策略,而且将原SFAC算法的速度适用范围由零速区拓宽至非零速区。该文对SFAC算法的原理以及导致非零速区位置估计误差的原因进行分析,并介绍ISFAC算法的实现过程。最后利用RT-Lab平台对传统SFAC算法与ISFAC算法的位置估计性能进行对比验证。

基于高频旋转电压注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

对基于高频旋转电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器矢量控制策略进行了研究。向IPMSM注入高频旋转电压矢量,应用IPMSM的高频模型,推导出高频电流响应。提出了一种高频电流信号提取方案,从高频电流响应中估算出IPMSM的位置。提出的控制策略可以实现IPMSM从极低速0.5 Hz到高速的宽范围工作。大量的仿真结果表明:提出的控制策略有良好的动态响应和稳态响应,位置和转速估算有较高的精度,系统有较强的鲁棒性,IPMSM在极低速下运行良好。

基于旋转综合矢量脉振高频电压注入的永磁磁通切换电机无位置传感器技术

传统脉振高频电压注入法的辨识位置中存在着固有的六次谐波;改进的逆二倍频坐标算法虽然可以抑制六次谐波,但是转矩谐波含量丰富,转速波动较大。为了抑制辨识位置中的六次谐波并同时减小转矩脉动,提出一种基于旋转综合矢量脉振高频电压注入的永磁磁通切换电机无位置传感器控制方法,首先,旋转综合矢量对应的估计d轴和估计q轴上的高频电压信号相差90°,使得进入PI调节器的信号中不存在六次谐波,解决了传统脉振高频电压注入方法中存在的六次谐波干扰问题;其次,旋转综合矢量长度固定,且相对于d轴的旋转角频率固定,解决了逆二倍频坐标算法中存在的转矩脉动谐波多、转速波动大的问题。因此,该方法同时提高了系统的位置辨识精度和转速控制精度。在一台磁通切换电机系统平台上进行实验验证,实验结果表明该方法能同时提高转子位置辨识的精度,并减小转速的波动。

基于高频旋转电压注入法的IPMSM转子位置估算策略

采用高频旋转电压注入法估算内嵌式永磁同步电机转子位置,提出了通过改进伦伯格观测器对转子位置进行估算的方法。分析了高频旋转电压注入法的基本原理,建立了内嵌式永磁同步电机的数学模型。设计了巴特沃斯滤波器及伦伯格观测器,并以英飞凌XMC4500单片机为核心实现了IPMSM转子位置的估算,通过实验验证了所提出方法的正确性。

基于改进转子位置解调的旋转高频电压注入法

传统的旋转高频电压注入法中的数字滤波器无法兼顾动态响应速度和滤波精度,可移植性差且占用CPU的资源较多.针对该问题,提出基于改进转子位置解调的旋转高频电压注入法.仿真实验结果表明:陷波器对基频和高频信号均有很强的跟踪能力;转速突变后,该文改进方法的转速估计误差及角度估计误差均小于传统方法对应的误差;负载转矩突变后,该文改进方法的转速估计误差及角度估计误差均小于传统方法对应的误差.因此,该文改进方法具有有效性.

基于旋转高频信号注入法的内置式永磁同步电机低速段转子位置检测及其误差补偿

旋转高频信号注入法注入信号较为稳定,且位置估计过程不依赖电机参数,因而十分适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)的零、低速转子位置检测。针对传统高频信号注入法无法辨别磁极的问题,用电压方波注入法检测磁极,结合有限元软件仿真,来合理选取方波电压幅值和时长,有效缩短了磁极判断耗时。分析了滤波器和信号离散化对位置估计精度的影响,提出在低速段可用线段拟合带通滤波器中心频率处的相频特性曲线,推导所需补偿角度与电机转速的关系。在理论分析的基础上,采用基于DSP28335的样机平台进行试验,结果表明磁极判断过程稳定,耗时较短,补偿后的位置估计值相比补偿前有明显改善,调速过程中系统动态性能良好。

异步电机旋转高频电压注入无传感器矢量控制

为了实现三相异步电机在低速段甚至零速下的高精度无传感器转速控制,提出了一种基于旋转高频电压注入法的三相异步电机无传感器控制算法。控制算法的核心是在定子电压两相同步静止坐标系(α,β轴系)下注入旋转高频电压,然后通过转子位置观测器实现转子机械转速与转子磁链电角度的精确估算。通过Simulink仿真,验证了控制算法的有效性。基于该控制算法,设计并开发了适用于三相异步电机的驱动控制系统,并在一台额定功率为33 kW的三相鼠笼型异步电机上得以成功运用。试验结果表明,基于旋转高频电压注入法的三相异步电机无传感器控制算法,能够实现电机低速段带重载运行工况下的高精度无传感器转速控制。

两种高频信号注入法的无传感器运行研究

基于凸极追踪的思想,讨论了两种高频信号注入法——旋转高频电压信号注入法和脉动高频电压信号注入法在永磁同步电机无位置/速度传感器运行控制中的应用。分别介绍了两种高频信号注入法的转子位置自检测原理,指出了两种方法实现中的技术关键,并应用这两种位置自检测方法建立了永磁同步电机无传感器矢量控制系统的仿真模型,进行了仿真比较。对比结果表明,采用脉动高频电压信号注入的凸极跟踪系统结构简单,静、动态调速性能较好;但采用旋转高频电压信号注入法的系统更易于实现。

基于旋转高频信号法的IPMSM无位置传感器控制

研究了一种利用旋转高频电压信号实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制的方法。利用α-β轴系下的高频电流响应峰值表达式中的位置信息实现对转子空间凸极位置的检测;并通过跟踪高频电流矢量最大幅值所对应的相位角实现对转子磁极极性的辨别,进而构建了完善的转子位置观测器模型。基于此构建了IPMSM的矢量控制系统,分析了系统实现时的信号处理及死区补偿措施,并进行了仿真和实验研究。结果表明:该位置观测器能够有效实现对转子位置的估算,基于此观测器设计的IPMSM矢量控制系统具有良好的稳态和动态性能。

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。

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。

高频信号注入的无轴承同步磁阻电机转子位移检测方法

无轴承同步磁阻电机转子位移一般需由机械式位移传感器检测获取,但安装位移传感器会带来电机结构复杂、轴向长度增大等缺陷,故需新的转子位移检测方法。分析了电机转子偏心下悬浮绕组电感和转子位移之间线性关系,通过在悬浮绕组注入高频信号,检测其感生出的差分电压,经信号处理,可提取差分电压中的转子位移信号,实现了被控电机转子位移准确观测。仿真证实,此方法检测精度较高,能实现电机的稳定悬浮运行。

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。

基于高频方波电压注入的IPMSM无位置传感器控制

为省略内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制方法中滤波器的使用,减小系统体积,提高位置估计精度,提高系统适应性,提出一种IPMSM低速无位置传感器控制方法。在电机静止轴系注入高频电压信号,并且将矢量控制周期和高频注入周期分离;通过对高频注入周期前后产生的电流进行采样,经简单的数学运算即可获得含有转子位置信息的正交信号;使用正交锁相环进行位置信息估计;分别对电机进行空载转速阶跃、负载阶跃、带载转速阶跃以及带载正反转4种工况下的实验验证。结果表明:在4种工况下时,电机最大估计位置误差不超过13.5°,平均位置误差不超过7.5°,电机转速跟踪效果好,具有良好的稳定性和低速运行性能,并且避免了高频电流信号提取过程中滤波器的使用。

基于高频注入法的同步磁阻电机无位置传感器控制

同步磁阻电机是一种结构简单耐用、造价较低的特殊同步电机,近年来逐渐受到关注。将旋转高频电压注入法无位置传感器控制技术应用于同步磁阻电机,研究无带通滤波器同步磁阻电机位置辨识策略,以简化控制算法,降低位置辨识误差,减轻处理器的运算压力。同时在实验中,分奇偶周期分别注入基波电压和高频电压,以充分利用实验电源容量。在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,同时搭建1.2 kW样机的硬件测试平台,仿真和实验结果都验证了简化的无位置传感器矢量控制算法的有效性和准确性。

基于旋转高频注入的IPMSM位置检测改进研究

传统的旋转高频信号注入方法存在位置识别不准确、系统延时长、计算复杂等缺点,IIR(无限冲激响应)数字滤波器可以解决这些问题。选用MATLAB中的Fda Tool(Filter Design and Analysis Tool)工具箱可以满足滤波器的设计需求,工具箱提供了具体的操作界面进行数字滤波器的设计,只需要输入需要的滤波器类型和滤波器的相关数值,就能够获得设计的数字滤波器,最后将滤波器输出到仿真中。改进的旋转高频信号注入方法可以优化滤波,利用IIR数字滤波器获得负相序电流信号,得到的电流信号误差最小。外差处理电流信号得到转子位置误差信号,减少了滤波器的使用,降低了系统的延时时间。最后,对系统进行线性相位补偿,使得估计的转子位置延迟最小。搭建了IPMSM无位置传感器矢量控制仿真,以此验证算法的有效性。仿真实验结果表明:通过IIR数字滤波器及线性相位补偿,在低速范围内能够准确估计转子的位置与速度,与传统高频信号注入法相比,其估计精度更高。

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。

基于脉振高频注入法的永磁同步电机初始位置检测优化算法研究

对脉振高频注入表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machines,SPMSM)无传感器控制系统初始位置检测,传统的高频脉振电压信号注入法是把脉振高频电压信号注入估计的转子参考坐标系中,检测永磁同步电机定子侧的高频电流响应,在此基础上,针对滤波器提取位置信息中会使信号延迟、电流环带宽减小等情况,根据电机的数学模型,在高频电流信号的处理过程中减少滤波器的使用,简化了系统结构,减少了转子和转速的估测时间,可以得到估计的比较准确的转子位置和转速,实现电机无速度传感器在零低速范围内的转子位置估计。最后用Matlab/Simulink平台对优化后的电机系统进行了仿真分析,实验结果证明与传统的方法相比优化后的永磁同步电机无传感器控制系统的精度和稳定性得到提高。