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。

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。

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。

永磁同步电机无位置传感器控制策略概述

系统地梳理了永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展动态,剖析了中高速状态下扩展反电势法、滑膜观测器法、龙伯格观测器法等不同技术的数学模型与结构框图,分析了零低速下脉振高频信号注入法、低频电流注入法等多种策略的向量图原理,揭示并对比了各类永磁同步电机无传感器控制技术各自的优点与不足,分析相应的适用场合,并前瞻性地指出了未来研究中可能聚焦的议题。

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。

基于巴特沃斯结构的改进磁链观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

由于逆变器非线性因素、电流测量误差等非理想因素,传统的磁链观测器会受到直流分量以及谐波分量的影响,导致转子位置观测准确度降低。将具有通频带最大限度平坦特性的巴特沃斯带通滤波器与纯积分器相结合构建出一种改进的磁链观测器,并对改进的磁链观测器的传递函数进行了详细的理论分析,然后设计出一种离散化结构以便进行实验。结果表明,提出的基于巴特沃斯结构的改进磁链观测器具有出色的消除直流分量以及抑制谐波分量能力,不会造成基波处的幅值衰减以及相位误差,提高了永磁同步电机无位置传感器控制的转子位置观测准确度,同时具有良好的动态性能。

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。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

永磁同步电机因具有功率密度高和动态响应速度快等诸多优点,在交流伺服传动领域具有明显的优势。永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,传统的机械式传感器成本高、体积大,限制了永磁同步电机的应用,无传感器控制技术是解决以上问题的一种有效途径。针对传统的永磁同步电机无传感器控制都是基于两相静止正交坐标上的数学模型进行研究的情况,设计一种基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法。首先,建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态模型,并以此进行无传感器控制研究;其次,基于李雅普诺夫稳定性理论分析并设计了滑模观测器,得到感应电动势,并应用李雅普诺夫稳定性理论得到控制增益的约束条件;然后,引入一个低通滤波器削弱滑模控制固有的抖振,得到有效电动势,基于反正切函数对其带来的相位延迟进行补偿,提取位置信息;最后,通过仿真验证永磁同步电机无传感器控制方法对角速度和转子位置估计的有效性和鲁棒性。

基于扩展状态观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

针对永磁同步电机无位置传感器控制系统,设计了一种带自抗扰功能的基于扩展状态观测器(Extended State Observer,ESO)的转子位置与转速观测器。利用自抗扰技术中ESO能精确估计扰动的能力,将包含转子位置和转速的反电动势项视为扰动,将电压电流信号分别作为ESO的状态和输入,从而估计出反电动势,并在传统PI-QPLL的基础上设计了ESO-QPLL,将负载转矩变化和其他未建模动态视作扰动,提高了PLL的抗负载扰动性能。

永磁同步电机无传感器控制研究综述

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的无传感器控制方法具有多种优点。首先,回顾了无传感器控制的不同方法,分别对高频信号注入法和基波激励法中的各种方法进行归纳和论述。然后,对位置和速度的提取方法进行了总结,并且对各种速度闭环控制方法进行归类分析。之后,对其他无传感器控制方法的优缺点进行了评述,对仍需要解决的问题进行了讨论。最后,展望了PMSM无传感器控制技术的未来研究趋势。

永磁同步电机无位置传感器控制介绍

由于永磁同步电机无位置传感器控制系统具有成本低、安装和维护方便等一系列优点,成为近年来国内外的研究热点。介绍了永磁同步电机无位置传感器控制技术的工作原理,在此基础上分析了永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究进展,并指出存在的问题和研究方向。

表贴式永磁同步电机无位置传感器零低速起动方法的比较研究

由于运行在中高速状态下的永磁同步电机无位置传感器控制方式大多是采用反电动势来估算角度位置和转速,这在零低速往往不适用。为了实现表贴式永磁同步电机无位置传感器零低速起动和平滑切换到中高速运行,分析了恒压频比控制、恒流频比控制、脉振电压信号高频注入法三种低速起动控制方法。开环恒压频比控制采用了新的V/F曲线和电压补偿,近似补偿定子阻抗压降防止起动失败;单闭环IF控制和双闭环脉振高频电压注入控制采用加权算法切换至滑模观测器。对某一表贴式永磁同步电机应用Matlab/Simulink进行了永磁同步电机无位置传感器控制系统的仿真分析,仿真结果验证了所提出方法的有效性。

面向永磁同步电机无传感器控制的二阶改进扩展状态观测器

针对传统扩展状态观测器(extended states observer,ESO)为保证收敛性和提升系统动态性能而增大矫正项增益,进而加剧对于高频噪声敏感性的问题,提出了一种面向永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无位置传感器控制的改进扩展状态观测器(improved ESO,IESO)。结合PMSM扩展反电动势全阶模型,将扩展反电动势作为ESO扩展的状态;通过将低阶动态方程的输出作为高阶动态方程的输入的方法设计IESO,从而有效降低矫正项增益,进而减小系统对高频噪声的敏感性;在矫正项中引入饱和函数以限制高增益观测器可能引入的峰值效应,并进行了收敛性分析。数值仿真结果表明:相较于传统线性ESO,采用IESO后,PMSM无传感器控制系统在电机启动、调速及突加负载时动态性能均有提升,误差最大值减小,同时收敛速度加快约25%;在测量电流加入0.5 A随机高频噪声后,传统方法收敛时间增加了约25%,转速误差最大值增大了约40%,而IESO并没有显著增加,同时相较于传统方法,IESO的角度误差高频噪声减小了约60%,因而IESO能够显著抑制系统高频噪声。