永磁同步电机低速域改进高频脉振注入控制

针对零低速情况下,永磁同步电机高频脉振注入无位置传感器控制系统在转子位置信息提取时信号误差较大的问题,提出采用二阶广义积分器来代替传统控制方法所采用的低通滤波器来进行转子位置信息的提取,并结合自抗扰控制方法,提高高频脉振注入方法的精度。以实际所需提取信号的频率为输入量,选取表贴式永磁同步电机,采用传统电机双闭环控制结合场定向控制进行仿真。选取DSP最小系统板作为控制板,结合驱动板和电机搭建电机实验平台进行实验,通过对比改进前后实验结果,得出改进后的控制方法能够更好的减小转速误差以及转子位置信息误差,使电机估计转速与估计转子位置更能接近实际给定值的结论。

高频脉振注入法在电力推进中的应用研究

船舶电力推进系统要实现高性能控制通常需要在推进电机上安装位置传感器,位置传感器会对电力推进系统的维护和稳定性造成影响。脉振高频注入法能估算出转子位置,但该方法需要较高的电流采样频率和精度,使其工程应用受到一定限制。本文理论推导了解调高频响应电流得到转子位置的方法,参照目前工程实践中电流采样的精度、频率,搭建了电力推进的仿真和实验平台。仿真和实验结果表明,该方法用于电力推进系统的无位置传感器控制能起到较好的效果。

基于转子极性判断优化的脉振高频电压注入法

在永磁同步电机零速和低速运行时,采用脉振高频注入法能够准确估计转子位置信息。针对脉振高频注入法无法实现转子极性判断,而传统极性判断方法存在响应时间长、采样和实施过程复杂以及极性误判等问题。文中提出了一种基于正负电压脉冲注入的电机转子极性判断方法。该方法给电机注入正负电压脉冲,并根据对应脉冲的响应电流峰值判断转子极性。脉振高频注入法将转子位置估计值和极性判断结果相结合,可得到准确的转子初始位置。文中通过Simulink仿真验证算法的有效性。仿真结果表明,所提转子极性判断方法能够简化采样方式和算法复杂性,降低判断转子极性的响应时间,使脉振高频注入法能够准确和快速地估计转子初始位置。

改进高频脉振电压注入的IPMSM无传感器控制

为解决传统静止坐标系高频脉振电压注入法由直流偏置导致的估计转子位置不准确的问题,在此提出了一种基于改进静止坐标系高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无传感器控制方法。该方法仅使用β轴定子电流估计转子位置和转速,因此解决了直流偏置问题。首先,采用四阶广义积分提取高频电流,四阶广义积分在谐振频率处具有单位增益和零相移,保证了提取高频电流的准确性。然后,利用改进的二阶广义积分获得包含转子位置信息的正交信号,并且可以精确补偿信号处理过程中低通滤波器产生的相移和幅值衰减。最后,在2 kW IPMSM驱动平台上验证了算法的有效性。

优化脉振高频信号注入的PMSM无位置传感器控制方法

针对基于脉振高频信号注入法的永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器控制策略中,使用带通滤波器(band pass filter, BPF)会增加系统相位延迟,造成观测性能不佳的问题,提出一种采用双二阶广义积分器(second order-second order generalized integrator, SO-SOGI)的优化脉振高频信号注入法无位置传感器控制策略。首先,设计了采用SO-SOGI观测PMSM转子位置和转速信息的方法。其次,分析了所采用的SO-SOGI在中心频率处的幅频特性,验证了SO-SOGI具有较好的基波提取能力和内环负反馈调节机制,可以输出特定的频率信号而不存在相位延迟。最后,MATLAB/Simulink的仿真验证结果表明:在静态运行时转子位置估计的精度提高约0.7 rad,证明了该方法拥有良好的位置估算精度,提高了系统的可靠性;在动态运行时转速估计误差减小了62.5%左右,该方法能有效适应低速下转速变化,提高了系统的抗扰动性。

改进的脉振高频注入永磁同步电动机无传感器控制

针对脉振高频注入法中滤波器相位滞后影响系统动态性能的问题,本文从控制器角度入手,将模型预测控制(MPC)引入速度环替代比例积分(PI)控制,利用其滚动优化和反馈校正的特点提高系统的动态性能,同时对常用的MPC进行改进以获得更好的控制性能。为了获取更好的抗负载扰动能力,采取负载转矩补偿策略,分析传统的q轴参考电流前馈补偿在MPC下存在的问题,提出一种基于q轴参考电压的新补偿法,获得了更好的补偿效果。

高频脉振电压注入法的转子位置估计误差补偿

在考虑定子电阻及交叉耦合项的条件下对高频脉振电压注入法进行理论分析,推导出转子位置误差表达式,并对估计位置进行误差补偿,提出了高频脉振电压注入法的位置估计误差补偿策略。该方法与传统的脉振高频电压注入法相比,考虑并减小了定子电阻以及交叉耦合项的影响,使高频脉振电压注入法对永磁同步电机运行在中低速下时的转子位置估计更加准确。仿真验证结果表明了该方法的有效性。

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。

脉振高频信号注入法误差分析

为了分析永磁同步电机系统各参数对脉振高频信号注入法位置估计误差的影响,以便有针对性地减小位置估计误差,提高无位置传感器控制技术的性能,首先对脉振高频电压信号注入情况下永磁同步电机直交轴电压进行了分析,并根据交轴基波电压得到位置估计误差公式;之后通过对位置误差公式进行数值分析,总结出控制器频率、逆变器直流母线电压及脉振高频信号电压幅值对位置估计误差大小的影响规律;最后对位置误差分析结果进行了实验验证。

基于脉振高频注入法的永磁同步电机初始位置检测优化算法研究

对脉振高频注入表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machines,SPMSM)无传感器控制系统初始位置检测,传统的高频脉振电压信号注入法是把脉振高频电压信号注入估计的转子参考坐标系中,检测永磁同步电机定子侧的高频电流响应,在此基础上,针对滤波器提取位置信息中会使信号延迟、电流环带宽减小等情况,根据电机的数学模型,在高频电流信号的处理过程中减少滤波器的使用,简化了系统结构,减少了转子和转速的估测时间,可以得到估计的比较准确的转子位置和转速,实现电机无速度传感器在零低速范围内的转子位置估计。最后用Matlab/Simulink平台对优化后的电机系统进行了仿真分析,实验结果证明与传统的方法相比优化后的永磁同步电机无传感器控制系统的精度和稳定性得到提高。

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。

基于高频脉振电压注入法的永磁同步电机控制策略

脉振高频电压注入法可以实现电机无速度传感器控制在零速和低速范围内的转速估计,但其信号的处理过程较复杂,影响其动态性能。基于脉振高频注入法的基本原理,根据电机数学模型,优化脉振高频注入法的电流信号处理过程,减少滤波器的使用,减小转子转速估算时间,简化系统的结构,提高系统运行的动态性能。搭建面贴式永磁同步电机仿真模型并进行仿真,结果表明,与优化前相比,信号处理优化后的脉振高频注入法具有响应速度更快,降低系统误差等优点,验证了此方法的有效性。

基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA控制

为了降低传统内置式永磁同步电机(IPMSM)低速无位置传感器控制系统中的铜耗,该文提出一种基于虚拟信号和高频脉振信号注入的最大转矩电流比(MTPA)无位置控制技术,以提高电机的转矩输出能力和系统效率。为避免两种控制算法相互干扰,与传统虚拟信号注入MTPA控制策略不同,该文提出的方法在估计的dq轴上注入直流信号,通过功率计算来跟踪MTPA工作点。该MTPA策略不会引起额外的损耗且不依赖于电机参数。与此同时,由于注入信号为直流信号,无位置传感器控制精度并不会受到影响。实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,能够在准确追踪MTPA工作点的同时准确地在线估计转子位置。

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。

脉振高频电压注入PMSM凸极特性实验检测研究

针对传统方法在研究永磁同步电机不同工作点下的凸极特性及分析其受交叉饱和效应影响的程度时通常采用耗时巨大的有限元仿真分析或复杂繁琐的实验方法的问题,提出了一种较为简便的永磁同步电机凸极特性实验检测方法。依据旋转坐标变换理论,通过向转子锁死的永磁同步电机注入脉振高频电压信号,解调高频响应电流信号,可以快速测得不同工作点下电机的凸极特性。通过对一台内置式永磁同步电机的实验研究验证了该方法的可行性,实验结果表明该方法能够准确检测不同工作状态下电机的凸极特性并分析由交叉饱和效应造成的交叉饱和角的大小。

基于旋转综合矢量脉振高频电压注入的永磁磁通切换电机无位置传感器技术

传统脉振高频电压注入法的辨识位置中存在着固有的六次谐波;改进的逆二倍频坐标算法虽然可以抑制六次谐波,但是转矩谐波含量丰富,转速波动较大。为了抑制辨识位置中的六次谐波并同时减小转矩脉动,提出一种基于旋转综合矢量脉振高频电压注入的永磁磁通切换电机无位置传感器控制方法,首先,旋转综合矢量对应的估计d轴和估计q轴上的高频电压信号相差90°,使得进入PI调节器的信号中不存在六次谐波,解决了传统脉振高频电压注入方法中存在的六次谐波干扰问题;其次,旋转综合矢量长度固定,且相对于d轴的旋转角频率固定,解决了逆二倍频坐标算法中存在的转矩脉动谐波多、转速波动大的问题。因此,该方法同时提高了系统的位置辨识精度和转速控制精度。在一台磁通切换电机系统平台上进行实验验证,实验结果表明该方法能同时提高转子位置辨识的精度,并减小转速的波动。

一种基于脉振高频电压注入法的转子位置检测方法

在基于脉振高频电压注入法的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制中,使用滤波器提取转子位置信息影响了系统动态性能。提出一种基于二阶广义积分器(SOGI)的转子位置检测方法。利用SOGI构建位置观测器,简化系统参数整定过程,动态过程中可以更加准确地提取转子位置信息,有效地减小了转子位置动态估计误差,最后仿真结果表明该方法改善了系统的控制性能。

基于高频注入法的SPMSM运行研究

建立高频信号激励下表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)的数学模型,基于脉振高频注入法构建SPMSM矢量控制系统,采用龙贝格观测器进行转速与位置估计,提高位置估计精度,实现电机无位置传感器低速运行;采用锁相环并通过二次谐波检测实现转子磁极的初始位置估计,保证电机快速起动。在MatLab/Simulink平台上,对所提出的方法进行仿真。结果表明,该方法提高了电机低速运行时的控制精度。

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。

应用特征谐波消除改进脉振高频电压注入法

针对永磁同步电机无位置传感器矢量控制中传统脉振高频电压注入法存在的估算角度滞后、与中高速无位置传感器控制技术切换困难等问题提出改进方法。引入特征谐波消除的方式取代低通滤波器,同时充分考虑定子电阻对位置估算的影响,修改误差矫正项以减小估算误差,并给出了改进后的脉振高频电压注入法的完整实现方式。应用特征谐波消除的方式得到误差校正项,估算的转子位置更加精确,用特征谐波消除的方式去除高频电流信号,不会引起电流畸变和相位滞后。用改进算法得到的转子位置及转速作为反馈对电机进行闭环控制,可以改善电机低速下的动态特性。仿真分析和实验结果证明了该方法的有效性。