基于零电压注入的航空电驱动用永磁电机系统零低速无位置传感器控制

针对航空电驱动系统零低速域高性能无位置传感器控制算法的需求,本文提出了一种基于零电压注入的无位置传感器控制策略。首先,针对传统高频注入法的高频噪声问题,引入随机高频信号代替传统信号,在估计的d轴中激励出与位置相关的响应电流。随后,对传统信号及随机高频信号的噪声产生与抑制机理进行理论分析;进一步分析死区效应对位置观测的影响,在随机高频信号注入基础上,额外注入零电压矢量,并设计死区补偿策略以抑制由死区效应所引起的位置观测误差。最后,通过MATLAB/Simulink验证了所提出无位置传感器控制策略的有效性。本文所提出的算法可实现零低速域的低噪声低谐波无位置传感器控制,对航空电驱动系统控制策略的设计具有参考价值。

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。

IF-ZVVCD与SMO的PMSM无位置传感器全速域复合控制

针对永磁同步电机(PMSM)全速域无位置传感器控制中,零低速阶段的高频注入法会引起转矩脉动、噪声等问题,提出一种IF控制结合零电压矢量电流微分法(ZVVCD)实现电机零低速运行,并与改进滑模观测器法复合达到全速域无位置传感器控制目标。在零低速阶段,IF控制法启动电机并在低速切换为ZVVCD,减小转速波动,提高控制精度;在中高速阶段,利用连续光滑的Sigmoid函数及扩展卡尔曼滤波器改进滑模观测器,减少系统抖振,提高转速稳定性;在转速过渡阶段,设计斜率可调的加权切换函数实现零低速与中高速控制方法的平滑切换。实验结果表明:所提复合控制策略能够实现PMSM全速域无位置传感器控制,消除转矩脉动,转子转速与位置信息辨识准确,系统动态响应快、稳态性能好。

基于脉振高频注入法的零低速永磁直线同步电机无位置传感器控制

针对零低速下永磁直线同步电机(PMLSM)的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差、算法复杂等问题,提出了一种改进的脉振高频注入法的无位置传感器控制方法。在利用PMLSM饱和凸极性进行初步位置估计的基础上,提出了特殊位置校正和磁极判断的方法,从而简便地获得较为准确的动子位置,实现PMLSM零低速下的无位置传感器运行。在此基础上,利用Simulink对PMLSM无位置传感器控制进行仿真建模,并搭建样机试验平台进行试验验证。通过仿真和试验结果表明,所提方法可以准确、快速地检测出PMLSM动子初始位置和低速运行时的动子位置,保证电机平稳起动运行,且具有良好的位置估计精度和动态性能。

开关磁阻电机低速运行无位置传感器检测方法

针对开关磁阻电机低速运行方法中的传统脉冲注入法只利用非导通相电流信息,存在导通区间受限和续流影响估计精度的问题。本文对低速控制策略与无位置检测原理进行研究,提出了一种双电流斩波限PWM滞环控制的三相电流斜率差值无位置传感器检测方案。所提方案在导通区采用双斩波限PWM滞环控制,使导通区电流斩波次数增加,能够改善低速运行时的性能,并提高电流斜率差值的计算精度。与传统非导通相电流比较方法只利用非导通相信息相比,该方案增加了导通相电流计算。在计算导通相电流斜率差值后,与两非导通相形成三相电流斜率差值,从而估计电机的实时位置信息。以三相12/8结构的电机进行了相关仿真和实验验证,实验结果表明,该方案能够有效解决传统方法存在的导通区间固定和实时角度计算受续流影响的问题。

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。

直流无刷电机无位置传感器控制中反电动势过零检测算法及其相位修正

针对具有梯形反电动势波形的直流无刷电机无位置传感器的控制 ,文章提出了一种软件实现的方法 ,给出了算法 ,并通过实验验证了这种方法的正确性和可行性。

永磁同步电机低速区无位置传感器控制技术研究

针对传统无位置控制技术在低速区所存在的收敛性差、观测精度低等问题,进行了方案对比研究:采用高频注入式的无位置控制技术具有不依赖电机参数、可以结合矢量控制技术实现高性能调速的优点,但存在需要实现较为复杂的滤波器来进行信号辨识,同时所注入的高频信号会引起一定振动和噪声等问题。与此相比,提出一种新型的开环式无位置控制技术,其原理简单、不需要复杂的控制算法、不依赖电机参数以及凸极效应,并实现负载转矩的自适应调节。缺点是负载突变时存在转速振荡问题。因此,低速区方案的合理选择,需要依据控制系统的低速性能要求以及系统成本。

矿用电机车永磁同步电动机无位置传感器低速稳定控制

为改善矿用电机车内置式永磁同步电动机无位置传感器低速控制的稳定性,提出了一种改进脉动高频电压注入法。该方法将高频正弦电压信号注入到估计的同步旋转坐标系直轴上,利用低通滤波器对交轴高频电流进行处理,获得含有转子位置角估算误差的信号,再将该信号输入龙伯格观测器,获取估算的转子位置信息。仿真和实验结果表明,该方法在低速段能准确估算转子位置角和转速,使电机车在低速段能平稳启动、运行和停车。

主励磁机高频信号注入的无刷励磁同步电机低速阶段无位置传感器起动控制

无刷励磁同步电机用作航空起动发电机,通常需安装位置传感器。为解决位置传感器带来的系统复杂化和可靠性降低的问题,低速阶段可采用主发电机高频信号注入估计转子位置,但引入的电流谐波会对起动输出力矩造成较大影响。为此该文提出一种适用于低速阶段的基于主励磁机高频信号注入的无刷励磁同步电机无位置传感器起动控制方法,利用主励磁机间接向主发电机励磁绕组注入高频信号,提取主发电机电枢绕组中的高频响应信号,经过计算处理获得转子位置信息。当电机静止时,主发电机励磁磁场的建立过程会在电枢绕组中感应产生的电流,根据电流极性判断转子初始位置所在扇区,并校正转子初始位置估计值。最后实验证明所提的无位置传感器起动控制方法具有较好的位置检测精度,能够实现无刷励磁同步电机在低速阶段的起动控制。

三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制高频信号注入法的对比

针对航空三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接注入高频信号引入的起动转矩波动、响应信息提取困难、易受扰动等问题,提出一种通过三级式同步电机的主励磁机间接注入高频信号的方法。从注入高频信号的频率特性、转子位置估计精度等方面,对比分析主励磁机定子侧注入高频信号和利用主励磁机三相交流励磁控制产生的6次谐波作为主发电机转子励磁绕组间接高频注入信号的方法,并给出利用三级式同步电机励磁电流建立过程估计转子初始位置的方法。实验结果表明,两种高频信号注入法在低速起动阶段皆具备良好的位置跟踪精度,采用主励磁机三相交流励磁产生6次谐波作为间接高频信号注入的方法更易实现,且具有更好的平均精度。

基于非注入法PMSM低速域无位置传感器控制

针对永磁同步电机低速段无位置传感器控制中,常用的高频注入法由于外加注入信号,带来额外的噪声和损耗问题,实现了一种仅需要检测在零电压矢量作用下的电流导数,便能对电机转子位置进行准确估计的方案。在零电压矢量作用区间内,通过对估计旋转轴系下的永磁同步电机方程进行推导,得出d轴电流导数与角度位置的关系。最后,在Matlab/Simulink仿真软件环境下对此算法进行验证,仿真结果表明,在带载起动及转速阶跃情况下,此算法能准确快速地估算出电机转子位置,位置误差小于1°。

基于参数敏感自适应的漏磁可变式永磁电机无位置传感器控制研究

漏磁可变式永磁电机(variable leakage flux permanent magnet synchronous motor,VLF-PMSM)具有宽调速、广域高效等优势,满足电动汽车对电机驱动系统的要求。但是,由于其电机参数随电动汽车运行工况可变的特性,给其无位置传感器控制研究带来极大的挑战。针对此问题,该文提出一种基于参数敏感自适应的零低速无位置传感器控制策略。首先,基于电感参数变化机理,推导凸极率与转子位置估计误差的关系,分析凸极率的变化对系统稳定性的影响。在此基础上,设计参数自适应检测滤波器和滑模控制器,通过转速自适应调节检测滤波器的中心频率,提高转子位置估计精度,并且引入动态调节因子,极大地改善VLF-PMSM无位置传感器控制驱动系统的动稳态响应,以抑制电机参数变化对无位置传感器控制系统的影响。最后,搭建VLF-PMSM无位置传感器矢量控制系统,并进行实验研究,实验结果验证所提控制策略的可行性和有效性。

基于非线性扩张观测器的永磁同步电机无位置传感器低速控制策略研究

针对永磁同步电机在实际应用中需要安装位置传感器以及在低速、无位置控制系统中由于多种非线性变量相互耦合影响电机动态性能的问题,设计了基于脉振高频电压注入法的永磁同步电机无位置低速控制系统。并将非线性扩张观测器引入控制系统中,实现未知不确定和外加干扰的估计,将其应用于闭环PID控制中,实现无需位置传感器的永磁同步电机低速控制。研究结果表明:基于非线性扩张观测器的永磁同步电机低速控制系统可以按照预定速度给定平稳运行,并且具有良好的抗扰动性能,满足实际应用中的控制需求。

基于自适应PWM扩展的SPMSM无位置传感器怠速启动策略

针对表面贴装式永磁同步电机(SPMSM)的无位置传感器控制系统,提出一种基于自适应脉宽调制(PWM)扩展的SPMSM怠速启动策略。首先将PWM周期分为零电压矢量作用时间和关断间隔时间,通过构建以定子电流矢量幅值为反馈的闭环控制器,实现了零电压矢量间隔时间的自适应扩展,从而避免短路电流过大的潜在风险。然后推导了非断续电流模式下的单点电流采样的位置估算式,从而仅利用三角载波的波峰和波谷时刻的采样电流即可估算出转子位置和转子转速。此外,借助微处理器的连续电流采样模式,准确获取零电压矢量作用下的电流变化,从而提高了转子位置和转速的估算精确度。最后结合矢量控制算法实现了SPMSM怠速滑行时快速、稳定的再启动控制,并在5.5 kW的SPMSM实验平台上验证了所提策略的有效性和可行性。

基于电流波形检测法的开关磁阻电动机无位置传感器控制

开关磁阻电动机(SRM)在采用电压PWM控制方式时,通常在定、转子齿极开始重叠位置处出现峰值电流。传统电流梯度法利用该峰值电流的前后电流微分值符号变反的特征,通过微分和过零检测电路得到转子位置,但存在检测电路参数设计繁琐,低速运行时不易获取正确的转子位置以及容错能力较差等缺点。为此,提出了一种基于电流波形检测的转子位置估算方法。该方法通过比较前后时刻电流大小,在该相关断时刻确定该相电流峰值及其对应的时间,并与前一相峰值电流对应时间共同计算确定后一相的关断时间。随后通过给定开通角,计算出开通角对应脉冲数,再通过比较当前计数值与该开通角对应的脉冲数,确定当前相或后一相的开通时间。该方法不仅保留了不依赖SRM参数的优点,而且无需微分、过零检测等外围电路,在低速运行时也能够得到正确的转子位置且具有较强的容错能力。通过基于该方法搭建的SRM无位置传感器控制系统的DSP驱动实验,证明了所提方法的可行性和有效性。

基于线反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制

提出了基于线反电动势的转子位置检测策略,以实现无刷直流电机的无位置传感器控制。通过分析无刷直流电机线反电动势与换相时刻对应关系,得出线反电动势过零时刻即为换相时刻的结论。然后,检测两路线电压和相电流并计算得到线反电动势,进而重新安排换相条件来给出六个换相时刻。在此基础上通过分析线反电动势的计算值与换相时刻的对应关系,采用相移补偿策略来补偿由于滤波引起的误差。相比于相反电动势法,系统减少了一路信号检测电路,不需要移相。仿真和实验结果显示该策略能够准确地给出换相时刻,避免了传统反电动势法在移相过程中带来的误差。

兆瓦级直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制

针对兆瓦级永磁直驱风力发电机的特点,采用一种基于U-I模型转子磁链位置观测的无传感器零d轴电流控制技术。详细介绍了该控制技术的实现原理,深入分析了基于坐标变换的带饱和反馈双积分器特点,最后通过仿真和2MW背靠背双PWM永磁直驱风电变流器的实验样机,验证了其有效性。结果表明,该方法具有较好的稳态与动态性能且工程实现较为简单。

基于RTU的PMSM无位置传感器低速控制算法研究

为了克服永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)中机械传感器带来的缺陷,采用脉振高频注入法估算无位置传感器低速控制下的转速与位置信息。研究基于RTU(Real Time Unit)半实物仿真平台系统,在真实硬件上无需手动编程即可有效且快速开发、优化和测试复杂控制算法。在RTU平台下对该算法进行实验研究,结果表明,脉振高频信号注入法在低速无位置传感器控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。

基于分步续流法的开关磁阻电机无位置传感器控制

提出了一种开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)无位置控制新方案,通过调整不对称半桥型功率变换器控制逻辑,使续流分步进行:首先执行负电压续流,释放绝大部分磁场储能;后执行零电压续流,构建微检测电流。对零电压续流过程呈现的续流特征进行分析并提取特征量,可获取单相最小电感始端位置信号,实现无位置传感器控制。实验结果表明,基于此方案的PI调速控制具有良好的动态响应性能和稳定性;同时,所提方案可实现PWM、电流斩波控制(CCC)及变角度控制(APC)等多种控制方式,对实现无位置传感器条件下的SRM高性能控制具有重要意义。