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SOGI高频方波电压注入的永磁直线同步电机无感控制

针对永磁直线同步电机的无感控制技术,为了解决传统高频方波注入法无法准确定位转子位置和转速的问题,提出了基于SOGI高频方波电压注入的无感方法。与传统的高频方波电压注入法不同,为了得到更好的高频电流信号,采用二阶广义积分器提取响应高频电流信号,采用正交锁相环解决反正切函数没有反馈直接放大噪声的影响。为证明无感控制技术的有效性,用Simulink进行了仿真验证。结果表明,基于SOGI高频方波电压注入的无感方法大大降低了误差,缩短了调节时间,提升了响应时间。

基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识

传统高频方波电压注入法辨识内置式永磁同步电机的转子初始位置时,存在多个零点,闭环调节收敛时间长,无法准确辨识磁极极性等问题,导致电机起动失败甚至反转。为此,提出一种基于高频正交方波电压注入的转子初始位置辨识方法。该方法将正交方波信号注入静止坐标轴,利用其高频响应电流辨识转子磁极位置后,再通过在直轴注入低频正弦电流信号辨识磁极极性。该方法的磁极位置信号不需要通过闭环调节获得,可直接通过求反正切获取,响应快,工程实现容易。最后在 1.5kW IPMSM 驱动系统上进行实验,实验结果表明本文所提出方法准确且有效。

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计

提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式,在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线,通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应;并针对传统的方波电压注入法,设计了一种简化的信号处理方法,避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用,并消除滤波器所带来的时间延迟问题,提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证,结果表明:简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计,适用于较低开关频率下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制。

基于高频方波电压注入的IPMSM无位置传感器控制

为省略内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制方法中滤波器的使用,减小系统体积,提高位置估计精度,提高系统适应性,提出一种IPMSM低速无位置传感器控制方法。在电机静止轴系注入高频电压信号,并且将矢量控制周期和高频注入周期分离;通过对高频注入周期前后产生的电流进行采样,经简单的数学运算即可获得含有转子位置信息的正交信号;使用正交锁相环进行位置信息估计;分别对电机进行空载转速阶跃、负载阶跃、带载转速阶跃以及带载正反转4种工况下的实验验证。结果表明:在4种工况下时,电机最大估计位置误差不超过13.5°,平均位置误差不超过7.5°,电机转速跟踪效果好,具有良好的稳定性和低速运行性能,并且避免了高频电流信号提取过程中滤波器的使用。

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法

针对永磁同步电机(PMSM)低速段无传感器位置检测技术中,传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点,提出一种新的位置误差提取方法。该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法,降低了系统对于采样误差的敏感性。首先,向估计的d轴注入高频方波电压,通过电流传感器得到高频电流响应;然后,利用傅里叶分解将估计的q轴电流响应分解为不同频率的正弦信号之和,将其与固定频率余弦调制波相乘后,经过低通滤波器得到转子位置误差,再通过位置跟踪器得到转子位置初始值;最后,基于磁路饱和效应,通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识。仿真和实验结果表明,所提方法收敛速度快,对采样频率没有过高要求,对采样误差不敏感,相位延迟很小,并具有较高的检测精度。

基于高频方波电压注入法的SM-PMSM无位置传感器控制方法

以面贴式永磁同步电机为研究对象,建立高频信号注入时永磁同步电机的响应模型,研究基于高频方波电压信号注入的无位置传感器控制方法,并针对旋转坐标系和静止坐标系分别设计相应的转子位置观测器。这2种转子位置观测器可以有效减少低通滤波器的使用个数,保证转子位置的估计精度,提高系统的控制带宽,并加快系统的快速响应性能。MATLAB/Simulink仿真结果验证了该方法的可行性与有效性。

基于高频方波电压注入法的无传感器IPMSM研究

分析了IPMSM的基本数学模型,提出了新的无位置传感器控制技术——高频方波电压注入法,并对它进行了详细的理论推导。该方法不需要任何滤波器,基本不存在相位延迟。基于MATLAB/Simulink搭建了仿真平台,并进行了仿真分析。以TMS320F2812DSP控制芯片为核心搭建了实验平台,并进行了实验验证。仿真和实验结果证明了该方法的正确性,达到了预期的目标。

基于双脉冲高频方波电压注入的永磁同步电机快速电感辨识方法

针对永磁同步电机(PMSM)电感参数辨识方法收敛速度慢、算法鲁棒性差等问题,本文提出一种基于双脉冲高频方波电压注入策略的在线电感辨识方法。该方法首先建立永磁同步电机电感各向异性数学模型,然后在估计d和估计q轴上依次注入两对高频方波电压脉冲,计算估计d、q轴上电流增量,通过少量计算即可在线辨识d、q轴电感。同时还可以根据电流响应估计转子位置,并利用估计位置误差,进一步获得交叉饱和电感。实验结果表明,所提方法可在4个脉冲宽度调制(PWM)周期内完成一次d、q轴电感和交叉饱和电感测量,收敛速度快、精度高、通用性强、计算量小、易于工程实现。

SPMSM高频方波电压注入无传感器矢量控制仿真分析

永磁同步电机(PMSM)具有高效率、高功率因数以及高功率密度等优点,在电力传动领域得到了广泛的应用。针对表贴式永磁同步电机(SPMSM)调速系统在零速和低速下,基于传统旋转高频电压注入和脉振高频电压注入的无传感器矢量控制技术存在转子位置估计精度较差的问题,在分析SPMSM饱和凸极性基础上,提出了基于高频方波注入的SPMSM无传感器矢量控制方法,仿真结果表明,该方法能够克服上述两种传统高频电压注入无传感器矢量控制方法的不足,具有转子位置估计精度较高以及调速动态性能较好的优点。

两种高频信号注入法的无传感器运行研究

基于凸极追踪的思想,讨论了两种高频信号注入法——旋转高频电压信号注入法和脉动高频电压信号注入法在永磁同步电机无位置/速度传感器运行控制中的应用。分别介绍了两种高频信号注入法的转子位置自检测原理,指出了两种方法实现中的技术关键,并应用这两种位置自检测方法建立了永磁同步电机无传感器矢量控制系统的仿真模型,进行了仿真比较。对比结果表明,采用脉动高频电压信号注入的凸极跟踪系统结构简单,静、动态调速性能较好;但采用旋转高频电压信号注入法的系统更易于实现。

基于双频陷波器的改进型高频脉振电压注入无位置传感器控制策略

传统高频脉振电压注入法采用基于带通滤波器与低通滤波器结合的策略,实现位置误差信号提取。但该策略的不足在于无法同时兼顾位置观测闭环的滤波精度与动态性能。为此,提出一种基于双频陷波器(dual frequency notch filter,DFNF)级联低通滤波器的改进型位置误差信号提取策略。该策略通过提高环路增益实现带宽扩展,再利用DFNF加强对二次注入谐波的抑制能力,使位置观测环同时具备高带宽与强滤波特性。首先,对位置观测等效闭环进行建模,并利用闭环传递函数幅频特性分析传统位置误差信号提取策略存在的问题;然后,对改进型位置误差信号提取策略的原理进行介绍,并对比2种位置误差信号提取策略的性能;最后,基于RT-LAB实验平台,对2种位置误差信号提取策略的位置辨识效果进行对比验证。

高频信号注入的无轴承同步磁阻电机转子位移检测方法

无轴承同步磁阻电机转子位移一般需由机械式位移传感器检测获取,但安装位移传感器会带来电机结构复杂、轴向长度增大等缺陷,故需新的转子位移检测方法。分析了电机转子偏心下悬浮绕组电感和转子位移之间线性关系,通过在悬浮绕组注入高频信号,检测其感生出的差分电压,经信号处理,可提取差分电压中的转子位移信号,实现了被控电机转子位移准确观测。仿真证实,此方法检测精度较高,能实现电机的稳定悬浮运行。

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

为了克服机械式传感器给永磁同步电机调速系统带来的缺陷,深入研究了永磁同步电机脉振高频电压信号注入法的原理,采用PI控制算法对转子位置进行无偏估计,实现了永磁同步电机无传感器的矢量控制。在以TMS320LF2407A为控制核心的实验平台上进行了验证,结果表明脉振高频电压信号注入法切实可行,能够实现电机的正反转、加载等实验,具有良好的调速性能指标。

高频信号注入的永磁同步电机无传感器MTPA控制

为了提高内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)无位置传感器控制下的转矩输出,提出了一种交替高频方波信号注入法的无位置传感器最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制策略。针对传统正弦信号注入的无位置传感器控制和MTPA控制存在的信号解调过程复杂、系统带宽受限、滤波器的大量使用而造成的系统延时等问题,提出一种在估计旋转坐标系的交、直轴交替注入幅值成一定比例的高频方波信号的方法。通过对高频电流响应进行信号处理解调位置误差信息,并设计观测器获取转子位置和转速信息;通过提取电流纹波信号和无功功率计算来实现MTPA控制;考虑交叉饱和效应引起的位置估计误差,并对其进行补偿,以获取更准确的转子位置信息。仿真结果表明,所提方法在不同工况下,能够在准确地估计转子位置的同时实现MTPA控制,且具有较好的动态性能。

高频信号注入的PMSM无传感器低速运行优化控制

在无位置传感器永磁同步电机(PMSM)的零低速运行控制中,多采用高频信号注入法跟踪位置信息,这将造成转矩波动和时滞问题.结合滑模速度控制和高频方波信号注入,提出一种无滤波器的转子位置辨识方法.通过将方波信号频率提升至逆变器开关频率,利用基波信号周期远小于高频注入信号周期的特点,在单次高频信号注入周期内,通过两次电流采样,避免了使用传统高频信号注入中的信号分离,同时去掉滤波器,有效提高系统收敛速度.仿真结果表明,与传统的高频信号注入法相比,该方法能实现PMSM无位置传感器控制下高精度的低速运行,且具有良好的稳态特性和动态性能.

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。

高频方波信号发生器的设计

基于对各种方波发生器原理的分析和提高方波的稳定性的要求,设计一个高频方波信号发生器。该信号发生器主要由三个部分组成:振荡电路、跟随电路、电压比较电路。振荡电路采用可变电容实现频率可调;电压比较电路采用反相器实现电压比较。最后对电路进行了测试,测试结果显示输出的高频方波稳定、平滑满足设计要求。

基于方波电压注入的刮板机重载启动控制策略研究

针对煤矿刮板机传统启动方法启动速度慢、启动转矩控制不精确与启动耗能大等问题,研究了一种基于无滤波器载波信号分离的高频方波电压注入法的刮板机启动方法,通过引入永磁电动机转子位置与转速的观测器,能够实现启动转矩的精确控制,实现快速与平稳启动;无滤波器载波信号分离策略可以避免传统方法信号分离过程中滤波器的使用,从而提高了系统的动态性能。仿真结果表明:基于高频电压注入的刮板机重载启动方法与传统的I/F启动方式相比,启动时间减少约52.3%,启动电流减小约75.0%,有效改善了刮板机启动性能。

ADRC与高频方波注入的PMSM无传感器控制

永磁同步电机在零低速下的无传感器控制主要是基于电机凸极效应。传统高频信号注入法利用饱和凸极效应估计出转子位置,在电流环与信号处理环节使用滤波器,造成电流环响应与位置估计延迟。针对上述问题,对改进的高频方波信号注入的无传感器控制方法进行研究。采用方波信号代替传统正弦波信号,将方波信号频率提高至逆变器开关频率,避免滤波器的使用,提高了系统的带宽。在速度控制器方面,采用改进的线性自抗扰控制器代替PI控制器,将传统的PI、NLADRC、改进后的LADRC控制效果进行对比,仿真结果验证了改进后的系统具有更好的控制性能。