自适应信号注入的无位置传感器电机控制技术

对伺服电机的无位置传感器控制算法进行研究,总结了现有无位置传感器控制算法存在的问题,提出基于凸优化算法的方差监视器,结合高频信号注入法的原理特点,达到了动态调整无位置传感器控制算法稳定性的效果,探讨了高质量运动控制与位置估计稳定性之间的取舍。在Simulink中进行了仿真,并在SPMSM测试台架上验证了该算法的有效性。

无位置传感器电机控制在火炮装填应用的关键技术研究

现代大口径火炮电动装填系统涉及多个电机协同控制,无位置传感器控制技术的应用可以显著提高驱动系统可靠性。而表贴式永磁同步电机在零/低速下的转子位置辨识恰是该技术的难点。针对该问题,提出采用基于机械运动模型的Kalman滤波器辅助转子位置估计方法;辅以观测器抗扰技术以消除模型参数不确定等扰动对转子位置辨识的影响,实现零/低速重载下可靠的起动/急停控制。新算法突破了常规的基于电气模型转子位置估计方法的局限性,进而大幅度提高了无位置传感器技术在零/低速下的负载能力,实现了可以媲美有位置传感器伺服的驱动控制功能。以该榴弹炮模块药装填和输弹过程作为算例,通过仿真验证了该技术。该无位置传感器电机控制技术已应用于155 mm榴弹炮装填系统。

无位置传感器电机控制器

江苏省中天电动车科技发展有限公司推出了无位置传感器电机控制器，经过近1年的试制和推广应用，已经取得了较为满意的效果，引起了同业的高度关注。

基于速度环扩展卡尔曼滤波的无位置传感器电机控制

针对大负载摇臂机构,提出了一种基于速度环扩展卡尔曼滤波的无位置传感器电机控制方案。首先根据电机的电压方程,在全速度范围内使用凸优化方法来估计转子位置,该方法在低速情况下需要注入高频信号。针对低速重载情况下铁心饱和导致位置可观测性下降的问题,结合电机机械运动模型,使用扩展卡尔曼滤波算法,对基于凸优化的估计进行修正。此外由于EKF对参数较为敏感,使用离线最小二乘法辨识系统的惯量、阻尼和转矩常数,并将结果带入EKF中。经过EKF滤波之后,极大地提高了速度估计质量,尤其是在饱和发生时。最后对所提出的方法,进行了仿真研究,并在由表贴式永磁同步电机驱动的电机控制实验平台上进行了实验验证。

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。

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。

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。

环形绕组结构开关磁阻电机自选相神经网络无位置传感器控制方法

针对环形绕组结构开关磁阻电机单相采用神经网络角度估计时,转子角度的某些位置估计误差较大的问题,提出了一种适用于环形绕组结构开关磁阻电机的自选相神经网络无位置传感器控制方法。该方法通过分析神经网络拟合的特点,结合转子位置的对称性,采取神经网络输入量优化和电感分区等措施,减小了转子估计误差,实现了对转子位置的准确估计。最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

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。

基于在线参数辨识及自适应谐波提取滤波器的改进型直线振荡电机无位置传感器控制

传统直线振荡电机(LOM)无位置传感器控制方法存在参数敏感性差、行程观测精度低等问题,进而会降低电机运行的可靠性。为减小预设参数不准确及参数非线性变化对行程观测精度的影响,该文提出一种基于在线参数辨识及自适应谐波提取滤波器的改进型直线振荡电机无位置传感器控制策略。首先,采用频域法分析了直线振荡电机行程观测方法的参数敏感性,明确了影响行程观测精度的主要电机参数。然后,根据直线振荡电机数学模型提出了基于高频电压注入法的在线参数辨识方案,并设计了一种基于自适应谐波提取滤波器的高频谐波提取方法。最后,通过大量仿真和实验,验证所提方法的有效性和先进性。

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。

基于坐标轴变换的九相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制

多相永磁同步电机发生缺相故障后,电流畸变与内部参数变化对系统造成的干扰是无法预料的,这给无位置传感器驱动系统的稳定运行带来了极大挑战。为了实现电机无位置传感器控制下缺相故障在线切换容错运行,该文提出一种基于坐标轴变换的多相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制策略。首先,通过坐标轴变换建立故障后多相永磁同步电机的降阶解耦模型,并重构电机容错运行输出转矩最大时的容错电流。该建模方法适用于多相永磁同步电机任意缺相故障,且得到的数学模型与电流参考值不随故障相位置而变化。在此基础上,基于坐标轴变换的降阶解耦模型构建修正滑模观测器,有效提高无位置传感器缺相容错控制系统的转子位置估算精度。最后,通过一台9 kW九相永磁同步电机缺相容错试验,验证所提控制策略的有效性。

电流传感器故障状态下内嵌式永磁同步电机的无位置传感器容错控制算法研究

为了解决在永磁同步电机(PMSM)驱动控制中,电流传感器可能出现故障导致系统失控的问题,提出一种变参数的相电流重构方法,对定子电流进行精确观测,实现PMSM在无位置传感器控制下的电流传感器容错控制。研究了电机参数扰动和无位置传感器控制观测误差等非理想因素对直接搭建龙贝格观测器精度的影响。分析了观测电流的幅值误差和角度误差特性,通过引入2个自适应变化参数以调整重构电流的幅值,消除非理想因素对重构电流精度的影响。搭建仿真和实验平台验证算法有效性。实验结果表明,电流传感器故障后,电角度观测误差仅增加1°,dq轴电流波动峰峰值仅增加0.1 A。该算法能够实现电机的转速、位置及电流信息的准确观测,使得系统具有良好的稳态精度和动态性能。

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。

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。