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。

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。

IPMSM全速域无位置传感器控制策略

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器系统全速域运行,提出一种改进型IPMSM复合控制策略。首先,在零低速域选用高频旋转电压注入法实现对电机转速和转子位置的估计;其次,在中高速域,为了削弱传统滑模观测器中开关函数造成的系统抖振问题,构造新型超螺旋滑模观测器,提高系统的观测精度;最后,引入差分进化算法优化过渡速域权重系数,实现不同观测方法间的合理切换,完成全速域下转子位置和转速的高精度辨识。研究结果表明,所提算法能够实现电机全速域运行,且具有良好的动态性能。

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。

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤(原点、转角、长度和二阶非线性标定),测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率(50 Hz)。标定实验结果表明:标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

基于双传感器的枕式包装机速度自动调节系统

包装机速度调节系统存在进入稳态耗时长、稳态误差大和调节精度低的问题,导致产品破损率高,提出基于双传感器的枕式包装机速度自动调节系统。系统硬件采用温度传感器和位置传感器,结合可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)转换和调配各个机构的速度,实现包装机速度自动调节;系统软件采用等时间原则,确定包装盒传输到封端位置和温度的时间,从而匹配速度,根据齿轮传动原理确定速度变化量,实现枕式包装机速度自动调节。实验结果表明,设计系统进入稳态的耗时仅为20 s,包装破损率均低于7.5%,该系统减小了超调量、缩短耗时、提高控制精度,降低了不同尺寸产品包装破损率,具有较好的通用性和可靠性。

基于WOA-ELM的空间分层结构FBG三维振动加速度传感器非线性解耦

针对三维振动加速度传感器存在的维间耦合干扰问题,以空间分层结构光纤布拉格光栅(FBG)三维振动加速度传感器为研究对象,阐述了三维振动加速度传感的基本原理。其次,构建了振动加速度动态标定实验平台,并分析了传感器的结构耦合特性。最后,提出一种基于鲸鱼算法优化极限学习机(WOA-ELM)的神经网络模型并进行了非线性解耦实验,其结果显示,在x、y、z三轴的平均测量误差分别降至1.58%、1.17%、0.95%,平均I类和II类误差最大值分别降至0.73%和0.37%。为验证解耦效果,将WOA-ELM与其他算法等进行解耦效果对比。结果表明,WOA-ELM更有效地降低三维振动加速度传感器的维间耦合干扰,提高测量精度。

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。

球体质量块型六维加速度传感器的最大工作频率

工作频带是加速度传感器的重要性能指标之一,但六维加速度传感器的最大工作频率目前尚不明确。鉴于此,分别以实心球体质量块型和空心球体质量块型六维加速度传感器为研究对象,构建了系统最大工作频率的数学模型。首先,通过虚拟实验,获得了传感器基频及最大工作频率与质量块直径和支链刚度之间的数据对。接着,分别绘制了基频和最大工作频率的性能图谱,并运用多元线性回归理论拟合了数据对。最后,运用线性包络原理建立了2个频率之间的映射关系。结果表明,最大工作频率始终介于基频的1/35~1/30区间内。

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。

基于EKF的PMSM无位置传感器控制

为了获得永磁同步电机转子的位置信息,提出了一种五阶扩展卡尔曼滤波器(EKF)的算法;在传统的四阶EKF中引入对负载转矩的估算,并将其前馈至电流环以解决速度环对外界负载扰动响应慢的问题;通过设计改进的递推最小二乘法实时辨识电机的转动惯量,优化了系统的观测性能和鲁棒性,基于Simulink搭建仿真模型,结果表明该观测器性能优秀且提高了系统的抗扰动性能;最后,通过硬件实验实现了电机位置误差仅在0.02 rad以内,且负载转矩观测误差在4%以内,有效改善了系统在有负载波动时的动态特性。

力-热耦合下的MEMS传感器位置偏移自校准方法

在解决力-热耦合作用引发的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)传感器位置偏移问题时,通常运用传统遗传算法实现位置偏移自校准,受到固定参数的影响,该算法容易得到局部最优解,使得自校准后的MEMS传感器测量误差依旧较大。因此,提出一种力-热耦合下的MEMS传感器位置偏移自校准新方法。采用数据融合思想,将多批次采集的MEMS传感器测量数据汇总起来,对比与真实数据之间的差异,判断传感器是否在力-热耦合作用下偏移出工作区。引入误差相位偏移法进一步处理传感器测量数据,获取等间隔变换误差序列,解算出传感器误差模型,以此来体现传感器位置偏移变化。以传感器位置偏差最小化为目标,设定偏移自校准目标函数,并运用结合自适应调整思想的改进型遗传算法进行寻优求解,获取最优自校准参数取值。实验结果表明:以嵌入式角位移传感器为例,运用该方法完成自校准处理后,传感器的测量误差峰值保持在6″以下,有效解决了力-热耦合作用引起的传感器精度损失问题。

新能源汽车速度传感器故障检测与控制技术分析

随着现代化社会的快速发展,新能源汽车兴起,传感器作为其关键组成部分之一,在推动汽车电动化和智能化发展方面扮演着至关重要的角色。本文基于新能源汽车驱动系统对速度传感器的检测与控制关键进行简单分析,根据分析结果深入探究该装置设备的故障检测与控制技术,最后开展模拟仿真实例分析,以期控制跟踪速度,提高新能源汽车行驶安全性,为相关工作或人员提供有效参考。

改进二阶广义积分磁链观测器的PMSM无位置传感器控制

基于磁链观测器的永磁同步电机无位置传感器控制时,准确估算磁链至关重要。常规一阶纯积分器和传统低通滤波器估算磁链存在直流偏移,并且低通滤波器还带来了磁链相位偏移和幅值衰减。有人将二阶广义积分器运用到磁链观测器中衰减估算磁链的直流偏移现象,但是衰减能力有限。基于上述情况,在传统二阶广义积分器的基础上提出一种改进的二阶广义积分磁链观测器。理论分析表明,该观测器估算磁链能完全消除直流偏移,提高了磁链估算精度。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件系统中搭建了永磁同步电机的矢量控制模型以及在ACM32F403CET7微控制器的永磁同步电机驱动平台上进行实验测试,验证了该控制方法的有效性。

大众ID.4新型加速踏板位置传感器分析

本文以大众MEB平台纯电车型ID.4为例,通过与传统加速踏板位置传感器对比,分析新型SENT加速踏板位置传感器的工作原理及优势,并对可能发生的故障类型,使用大众专用示波器VAS6356进行波形测量分析,为维修过程中的相关故障分析提供参考依据。

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。

永磁同步电机无位置传感器控制技术综述

无位置传感器电机驱动器具有成本低、可靠性高、硬件电路简单以及维护要求少等优势,在学术界和工业应用中受到了越来越多的关注。对适用于零低速域、中高速域以及全速域三种运行范围的多种无位置传感器技术进行了综述。首先,分别对比分析了零低速域和中高速域下各种无位置传感器控制方法的优缺点。其次,梳理和总结了目前全速域运行的切换控制策略。最后,对永磁同步电机无位置控制技术的未来发展趋势进行了展望,并指出了后续研究的关键问题。