具有低开关频率的感应电机无传感器控制

着眼于传统低开关频率控制方法对无感磁链观测带来不利影响的问题,提出了一种具有低开关频率的感应电机无传感器控制方法.使用速度自适应滑模观测器与预测控制方法相结合,构成感应电机无传感器预测控制系统.其可以在较高采样频率下,有效降低开关频率,并保证系统具有较高的动态特性.同时,滑模思想的引入使观测器具有较强的鲁棒性.实验结果表明,所提出的低开关频率无传感器控制策略具有较高的控制精度和较强的抗干扰性能,研究的自适应滑模观测器在稳态和动态实验中均具有良好的观测精度,其中电流环响应时间可以达到1.52 ms,可以实现75 r·min^(–1)及以上转速范围内的稳定观测及运行,且系统最高平均开关频率保持在500 Hz上下,为较低的水平.

Robust Nonlinear Current Sensorless Control of the Boost Converter with Constant Power Load

The boost converter feeding a constant power load (CPL) is a non-minimum phase system that is prone to the destabilizing effects of the negative incremental resistance of the CPL and presents a major challenge in the design of stabilizing controllers. A PWM-based current-sensorless robust sliding mode controller is developed that requires only the measurement of the output voltage. An extended state observer is developed to estimate a lumped uncertainty signal that comprises the uncertain load power and the input voltage, the converter parasitics, the component uncertainties and the estimation of the derivative of the output voltage needed in the implementation of the controller. A linear sliding surface is used to derive the controller, which is simple in its design and yet exhibits excellent features in terms of robustness to external disturbances, parameter uncertainties, and parasitics despite the absence of the inductor’s current feedback. The robustness of the controller is validated by computer simulations.

改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

基于母线电流重构的空心杯BLDCM无位置传感器换相误差闭环补偿方法

为精确补偿无刷直流电机无位置传感器的换相误差,分析了换相误差与重构母线电流积分的相关性,设计了母线电流重构及滤波电路,得到了双重构母线电流在每个换相周期的积分值,并以电流积分差值作为换相误差表征量建立了闭环补偿控制系统,利用控制器输出量补偿换相误差,实现了换相信号相位的高精度闭环校正。相比传统方法,所提出的硬件电路可精确构建母线电流积分,准确表征电机换相误差,提高无刷直流电机的运行效率。最后通过搭建磁悬浮飞轮系统验证了所提方法的有效性。

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。

双有源全桥变换器无电流传感器鲁棒预测控制

该文以双有源全桥(DAB)DC-DC变换器为主要研究对象,针对传统比例积分控制动态响应慢及采用既有预测控制对量测噪声和参数敏感的缺陷,提出一种基于无电流传感器模型预测控制(CS-MPC)策略。首先构建双有源全桥DC-DC变换器的预测模型,分别针对变换器启动阶段与暂态过程提出基于模型预测控制(MPC)的动态优化策略;然后定量分析DAB变换器对模型参数和采样精度的敏感性,结合卡尔曼滤波算法构建其状态空间模型,在无电流传感器的情况下实现系统的鲁棒预测控制;最后在实验样机上通过实验验证所提方法的有效性。实验结果表明:与传统控制策略相比,所提方法能够实现低电流应力下的快速启动,且动态响应性能明显改善。此外,所提方法无需电流传感器数据,即对测量噪声脱敏;在参数变化下的鲁棒性能较传统预测控制显著提升。

基于端电压尖峰的无刷直流电机无位置传感器换相控制策略

针对现有的换相误差补偿方法需要额外滤波电路和检测电路导致无传感器换相方法变得更加复杂的问题,提出一种端电压尖峰脉冲换相误差补偿方法,实现了对无刷直流电机无传感器换相误差的准确补偿。研究了抗干扰性强的端电压尖峰脉冲信号的变化特性,得出了端电压尖峰脉冲持续时间是随着换相误差单调变化的结论,并利用端电压尖峰脉冲设计了换相误差闭环控制方法。该方法无需额外的滤波电路和检测电路,简化了换相误差补偿方法的电路设计,并且具备良好的鲁棒性和准确性。搭建了仿真和实际实验平台,对比了补偿前后的换相误差,实验结果表明,所提出方法能够实现准确的换相误差补偿。仿真实验和实际实验中,换相误差分别被控制在了1.1个电角度范围内和4个电角度范围内。在速度调控实验中,补偿后的无传感器方法表现出了和霍尔传感器相似的动态特性。相比于现有方法,提出方法更适合无刷直流电机无传感器方法在高性能电机控制场景的应用。

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。

基于有效磁链观测器的永磁压缩机无传感器控制策略

传统永磁同步电机无传感器控制算法通常利用反电动势或磁链观测器实现转子位置观测,在运行转速较低时低信噪比导致基于反电动势的观测器性能下降;相比之下,磁链观测器在低速时的性能更好。本文研究基于有效磁链模型的永磁同步压缩机无传感器控制算法,通过对有效磁链定向可直接获取转子位置观测信息。首先针对开环磁链法容易受电机参数影响的问题,构建基于电压电流混合模型的闭环有效磁链观测器;其次对闭环磁链观测器的PI参数进行设计,并利用归一化正交锁相环实现转子位置观测。最后,在永磁同步压缩机实验平台验证所提方法的有效性。

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。

基于参数在线辨识的高速永磁电机无差拍电流预测控制

针对无传感器表贴式永磁同步电机高速运行过程中电气参数摄动影响电流环性能和转子位置估计精度的问题,提出一种基于参数辨识的无传感器高速永磁电机无差拍电流预测控制方法。首先,为了提升电流环控制器的动态性能,结合永磁电机控制系统的特点,采用无差拍电流预测控制并进行模型参数敏感性分析。其次,针对多参数在线辨识存在的欠秩问题,提出在3种不同时间尺度下,采用基于神经元迭代求解的总体最小二乘法在线分步辨识电机定子电感、电阻和永磁体磁链。最后将辨识结果用于更新无差拍电流预测控制器及滑模观测器参数。实验结果表明,基于参数辨识的无传感器高速永磁电机无差拍电流预测控制方法能有效提高电流环控制器稳态性能及转子位置估计精度。

基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略

以单相无刷直流电机(SPBLDC)控制系统为研究对象,针对小型风机位置传感器安装受限等问题,提出基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略,该策略通过单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合的控制方法实现。通过构建SPBLDC的小信号模型,根据小信号根轨迹分析法,分别对单相I/f电流幅值控制以及单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合控制方法下系统全速域稳态及动态调速过程进行稳定性分析,选取了合适的升速斜率,理论分析了该控制策略能够提高电机运行效率,同时保证系统全速域均具备良好的稳定性能。在Matlab/Simulink环境中仿真验证该控制策略下系统全速域均高效运行于最大转矩/电流比状态,电机转速、电流收敛性能及稳定性均有提升。最后,实验验证了该控制策略的有效性及工程应用的可行性。

开关磁阻电机无电流传感器控制方法

电流传感器的使用会增加系统的成本和噪声干扰,降低系统的可靠性。而对于开关磁阻电机系统,缺少电流信号难以保证良好的控制性能。针对该问题,提出一种无电流传感器控制方法。该方法采用速度、加速度双闭环控制,因此反馈量均由位置传感器得到。首先,从两个方面分析了所提出控制方法的可行性:①证明了该方法的收敛性;②证明了在稳态下加速度和电磁转矩的近似线性关系,并依此分析了加速度控制和转矩控制的等效性。根据电机的磁链特性,对加速度环,提出具有三个滞环边界的滞环控制方法。兼顾电机效率和转矩脉动,合理地选择了开通角、关断角。实验电机为12/8开关磁阻电机。分别采用电压斩波控制方法、直接转矩控制方法和所提出的控制方法运行电机,对其电流、电磁转矩和转速波形进行了比较。结果表明,在控制效果上,所提出的控制方法与直接转矩控制方法相当,优于电压斩波控制方法。除此之外,电流与电磁转矩呈复杂的非线性关系,直接转矩控制方法需要进行电流和电磁转矩的换算。而由于加速度与电磁转矩的近似线性关系,所提控制方法无需计算电磁转矩,因此计算量更小。

基于非奇异终端滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制

在无刷直流电机(BLDCM)无传感器控制系统中,针对传统滑模观测器存在抖振等问题,提出了一种新的非奇异终端滑模观测器(NTSMO)方法估计电机线反电动势,所采用的非奇异终端滑模面能够实现有限时间快速收敛,并通过引入一种新的滑模趋近律削弱了抖振,提高了电机反电动势的估计精度,实现了电机转速的快速观测和控制,最后基于Lyapunov函数证明了观测器的稳定性。仿真结果表明:与传统方法相比,所设计的NTSMO能较好地抑制系统抖振,具有较好的转速估计精度。

基于电流谐振跟踪的热泵永磁风机无位置传感器带速启动研究

针对车用热泵永磁风机带速掉电重启时的瞬态电流过载问题,提出一种基于电流谐振跟踪控制的无位置传感器带速启动策略。在电机带速自由滑行工况下,采用电流抑制控制法和准谐振跟踪法,设计了包含电流环抑制跟踪和速度环同步恢复的分段上电启动过程,使电流-速度双闭环矢量控制快速介入,以达到平顺启动的效果。仿真和试验结果表明,电机在中高速带速滑行过程中,采用所提出的启动策略可有效降低电流稳态误差,改善电流动态响应性能,并提升电流跟踪过程的无位置传感器算法位置估测精度,从而改善带速启动过程的平顺性与可靠性。

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DSP无差拍电流预测的矿用电动机控制算法仿真

针对矿用永磁同步电动机(PMSM)变频驱动系统,提出了一种基于DSP无差拍电流预测的PMSM无位置传感器控制算法。利用模型参考自适应控制原理,设计自适应趋近律观测转子位置角及转速信息。采用无差拍电流预测控制,将采样到的电动机的定子三相离散电流值经过坐标变换和速度环输出作为无差拍电流控制器的输入,通过载波移相模块形成PWSM驱动信号。该控制算法电流响应速度快,系统鲁棒性好。仿真结果验证了该算法的有效性。

基于单电流传感器的永磁同步电机矢量控制

永磁交流伺服驱动系统一般需要霍尔传感器采集电机转子位置信息和三相绕组电流信息。针对现代电机控制过程中至少需要使用4个电流或位置传感器的问题,将改进后的电流重构技术与滑模控制技术相结合,实现了基于单电流传感器对永磁同步电机的FOC控制。其中改进的电流重构技术仅通过测量电压源逆变器的母线电流来实现。通过算法优化最终利用一个电流传感器实现了闭环控制,此举提高了系统可靠性,降低了系统成本。

无位置传感器直流无刷电机高速方波驱动

针对传统无位置传感器高速直流无刷电机(BLDCM)驱动硬件电路复杂,高速换相效率低等问题,提出了一种组合时机的模数采样非导通相反电动势,进行软件过零点判定换相的方法。该方法依赖于可靠的采样机制,并配合三段式启动策略和超前角度补偿,降低了硬件电路复杂度,有效提高了控制性能,保证了换相的稳定性。实验结果给出了电气转速达到100 kr·min^(-1)的BLDCM运行波形,表明了该控制策略的可行性与正确性。

基于分段电感的开关磁阻电机转子位置估计方法

针对传统脉冲注入法中转子位置估算易出现逻辑判断错误、受磁路饱和影响大等问题,提出一种基于分段电感的开关磁阻电机转子位置估计方法。所提方法选取一相为辨识相,依据励磁电流与电感饱和特点将电感分布划分3个区间:励磁区、续流区及脉冲注入区。通过分析磁路饱和下电感、电流响应、转子位置等参数变化特性,采取电感模型曲线优化等措施,结合实时采样的电流信息特征,构建不同电感下电流变化率与转子位置拟合函数,减小因电感饱和引起的转子估计误差。所提策略可实现磁路饱和情况下的转子多点位置辨识,相比三相电感交点法提高转子位置辨识精度。最后,仿真和实验验证所述方法的正确性和有效性。