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。

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。

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。

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。

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。

抑制抖振的PMSM无位置传感器控制算法优化

在分析无位置传感器控制永磁同步电机(PMSM)发生高频抖振原因的基础上,文中提出对PMSM滑模观测器算法及起动控制进行优化,包括:使用双曲正切函数代替符号函数作为滑模面切换函数,基于李雅普诺夫理论的滑模增益整定,使用锁相环法代替反正切法估计转子位置等。针对PMSM全速域无位置传感器运行时电机低速起动位置估计困难的问题,提出恒电流频比(I F)控制。考虑零速起动的PMSM由I F控制转向滑模观测器控制切换时产生的电磁转矩不平稳,引入避免滑模观测器给定观测位置角差值发生波动的q轴电流系数,并制定转子电流控制新策略。仿真实验结果证明该方法相比传统方法能有效降低转速波动且转子位置角估算误差更小,验证了所提优化方法在抑制抖振方面的有效性。该算法可应用于智能制造领域,以有效抑制系统抖振问题,进而提升智能制造企业生产效益。

开关磁阻电机无位置传感器控制策略研究

针对开关磁阻电机无位置传感器下的转子位置还原,提出一种基于电流上升时间监测的无位置传感器控制策略,该策略包含初始位置检测、电机启动运行、转子位置重构和调速控制几个部分。首先离线测得电机在特殊位置时滞环带宽内的电流上升时间,作为初始阈值用于电机启动;接着分别对各相绕组注入小电流,比较各相电流在滞环带宽内的上升时间进行初始位置分区;然后将转子从电感下降区进入电感最小区起始点作为特征点,利用初始阈值启动电机并在电机运行过程中依据实时工况更新特征点处时间阈值作为下一周期的检测特征;最后通过检测特征点位置信号对转子进行位置重构和转速估算实现换相与调速。仿真与实验结果验证了所提出控制策略的有效性与准确性。

低开关频率下基于高频方波电压注入法的永磁同步电机无位置传感器控制策略

文章提出了一种永磁同步电机低开关频率下利用注入的高频方波电压在低速工况下估计转子位置的方法。通过注入电压产生的q轴电流变化量获得估算转子位置误差的结论,设计龙贝格状态观测器利用q轴电流变化量估算转子位置,并给出了一种简单的龙贝格状态观测器零极点的设计方法。试验结果表明,文章所提的无位置传感器控制策略在低开关频率下估算转速与转子位置能准确跟踪真实值。

基于高频信号注入的同步磁阻电机无位置传感器控制

针对同步磁阻电机定子电感具有电磁饱和、交叉耦合等特点带来的电机参数非线性问题,提出了一种递推最小二乘法与脉振高频电流信号注入相结合的无位置传感器控制方法,其原理是将幅值固定的高频正弦电流信号注入到同步磁阻电机观测坐标系直轴内,在交轴提取含有转子位置信息的电压信号,采用带遗忘因子的递推最小二乘法进行电机电阻与电感参数的在线辨识,可实现电机的无位置传感器控制。仿真与台架试验验证了所提方法的准确性与实用性。

基于单直流母线电流采样的永磁同步电机无位置传感器控制研究

传统的磁场定向控制方法需要安装多个相电流传感器和位置传感器,导致系统成本高、体积大且可靠性低。为解决此问题,提出了一种基于单直流母线电流采样的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制策略。针对传统单直流母线采样方案存在电流重构盲区的问题,提出了矢量移相法。针对PMSM低速无位置传感器控制问题,提出了高频方波注入控制策略。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建仿真模型对理论分析进行验证,仿真结果表明所提策略能够有效解决低调制比区域和扇区边界盲区的问题,实现PMSM无位置传感器低速运行控制。

基于EKF的IPMSM无位置传感器控制估计误差补偿方法

在基于扩展卡尔曼滤波(EKF)法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中,电机转速和转子位置的准确估计十分重要。针对相电流增益误差导致的转速和转子位置估计精度下降的问题,提出一种位置估计误差补偿方法。首先,理论推导得出,在扩展卡尔曼滤波器估算过程中,相电流增益误差会使估计转速及转子位置以二倍工频的频率振荡。其次,设计了一种新型结构扩展卡尔曼滤波观测器,即在传统扩展卡尔曼滤波观测器的基础上增加增益误差系数求解环节,以此来降低相电流增益误差引起的估计转速及转子位置的脉动,提高了估计精度。最后,仿真和试验验证了所提补偿方法的可行性。

基于改进双滑模的永磁同步电机无位置传感器控制策略

针对永磁同步电机速度环传统PI控制存在动态响应差、超调量大以及传统滑模观测器观测精度低、抖振严重等问题,设计一种基于改进双滑模算法的无位置传感器控制策略。提出一种新型变指数趋近律,在此基础上结合微分积分滑模理论和新型切换函数设计滑模速度控制器代替传统PI控制器。引入扩张状态观测器补偿控制器未知扰动,实现速度环抗扰动复合滑模控制。基于Super-Twisting算法设计高阶滑模观测器并使用正交锁相环提取速度和位置信息。仿真结果表明,所设计的改进双滑模控制策略能够有效地提高系统的动态控制性能,提升观测精度,同时具有更好的抗扰动能力。

基于DO和ESO的永磁同步电机无位置传感器控制

本文提出了一种无位置传感器控制方法,用于提高永磁同步电机(PMSM)运行时的抗扰动能力和稳定性。该方法采用扩展观测器(ESO)和扰动观测器(DO)级联的形式,通过ESO观测电机反电动势来估算电机转速,为减小负载转矩扰动对PMSM驱动系统的影响,本文在控制环路中引入DO,用于估计负载转矩的大小,并将转矩转换为电流进行反馈控制。最后,在MATLAB Simulink平台中搭建了仿真模型,并进行了相关验证。结果表明,这种控制方法可以提高电机速度估算的精度,减小负载扰动,增强系统的动态性能和鲁棒性。

一种基于自适应滤波的VFRM无位置传感器控制

可变磁通磁阻电机(variable flux reluctance machine,VFRM)的空间磁链谐波和逆变器非线性等因素会在扩展反电动势中产生谐波,进而降低无位置传感器的控制精度。为解决此问题,首先通过构建双曲正切函数滑模观测器,减小传统滑模观测器造成的高频抖振和相位延迟;然后分析了扩展反电动势谐波对转子位置估计的影响,并在此基础上提出了一种变步长最小二乘(least mean square,LMS)自适应滤波算法,准确地提取了扩展反电动势的基波分量,提高了转子位置和转速的估计精度。实验结果表明,所提算法与传统定步长LMS自适应滤波算法相比具有更好的控制性能。

高速电机无位置传感器控制关键技术与前景展望

从高速电机高基频和低电感的本质特性出发,针对高速电机无位置传感器控制中存在的数学模型强耦合、低载波比以及高定子电流谐波等问题,围绕高速电机无位置传感器控制中的建模、驱动和控制3大关键环节,从精确建模与解耦控制、驱动器拓扑以及无位置传感器控制算法3个方面深层次梳理归纳高速电机无位置传感器控制原理和研究现状,聚焦转子位置估计与补偿方法。从谐波抑制、运行可靠性和高性能全速域算法等多方位探讨高速电机无位置传感器控制技术的难点和面临的挑战,并对其未来的发展方向进行展望。

永磁同步电机改进滑模无位置传感器控制

永磁同步电机运行在中低速时采用传统滑模控制存在较大误差,基于滑模控制算法在确保稳定性的情况下,将自适应滑模控制器结合高频正交信号注入法,提高电机低速运行时转子定位精度。针对永磁电机高速运行时采用传统滑模控制在负载突变时转速波动超调量大的问题,改进设计一种超螺旋滑模观测器,优化改良电机运行时的动态响应。使用李雅普诺夫稳定性判据对改进后的滑模观测器进行了稳定性分析,仿真验证,改进的滑模观测器控制策略能够提高包括零低速在内宽速度范围的转子定位精度和控制系统鲁棒性。

基于超螺旋滑模观测器的同步磁阻电机无位置传感器控制

针对同步磁阻电机(SynRM)铁心饱和以及交叉耦合效应引起的电感参数变化问题,传统基于滑模观测器(SMO)的无传感器控制方法所采用的定电感参数难以实现高性能控制,提出一种基于超螺旋滑模观测器(STASMO)的自适应电感无传感器控制策略,并给出所提控制方案的稳定性条件。通过有限元仿真获得静态下的电机磁链饱和数据,利用该数据对电机磁链饱和模型进行拟合,并将所得饱和模型应用于观测器中以实时自适应解决电感参数变化问题。最后,通过仿真验证了所提出的无位置传感器控制方法的有效性和优良的控制性能。

基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性,逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中,但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器,采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器,不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法,该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器,通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量,再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量,能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时,为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项,提高估算的准确性,重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型,并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。

基于单相锁相环无相移同步旋转滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制

针对滑模观测器中观测值存在脉动误差及由前级低通滤波器带来的相位滞后,提出一种基于单相锁相环无相移同步旋转滤波结构.首先,基于电机数学模型建立滑模观测器,分析传统同步旋转滤波器产生相位滞后的原因;其次,省去前级低通滤波器,经过dq变换滤除反电动势中的高次谐波与抖振,采用旋转坐标系下的单相锁相环计算转子位置和转速;最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型,建立永磁同步电机无位置传感器矢量控制实验平台,对传统同步旋转滤波器和基于单相锁相环无相移旋转滤波器分别进行性能比较.仿真和实验结果表明所提方法相较于传统同步旋转滤波结构,跟踪性能更好,观测精度更高.

基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制

常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计,然而,在电机频繁宽频域调速工况下,两种位置观测器频繁地切换,易导致估计的位置和转速振荡,并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐,增加了系统整定难度和算法复杂度。为此,该文提出了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先,通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后,建立了统一全速域模型,通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。在零速和低速时,通过向d轴注入高频电压,增加统一全速域模型中转子位置信息的信噪比,从而可以准确估计零速和低速区的转子位置,消除了传统高频注入法中由滤波器和延迟引起的估计误差。当电机在中高速区运行时,统一全速域模型自动蜕变为基频模型法,不需要两种位置观测器切换控制。最后,在2.0 kW内置式永磁同步电机实验平台上验证了算法的有效性。