Electromotive Force Calculation of Fifteen-phase Induction Motors With Non-sinusoidal Supply

非正弦供电十五相感应电机基波磁动势正幅值与3次谐波磁动势负幅值不在同一位置时的叠加磁动势波形称为常规磁动势波形,此种情况下感应电动势的计算是该种电机电磁性能分析与优化设计的前提。与正弦磁动势或理想叠加磁动势不同,常规磁动势下电机的感应电动势与激磁电流相位因磁路饱和不再相差/2,为此提出把感应电动势作为激磁电流流控电压源的处理方法。鉴于电机每半个极下气隙磁密波形不再相同的情况,提出基于电机1个极距区域的拓展分布磁路法计算气隙磁密,进而求出基波感应电动势与3次谐波感应电动势。非正弦供电十五相感应电机样机的感应电动势计算值与实测值相互吻合,说明了拓展分布磁路法计算感应电动势有效且具有较高的准确度。

基于扩展反电动势法的长定子直线同步电机无速度传感器控制研究

针对长定子直线同步电机高速运行时,机械传感器无法准确地获得转子位置和速度信号的问题,研究了一种适合在长定子直线同步电机中应用的扩展反电动势法无速度传感器控制策略。基于长定子直线同步电机的数学模型,分析了扩展反电动势法用于长定子直线同步电机无速度传感器控制的鲁棒性。仿真和实验结果证明了基于锁相环的扩展反电动势法无速度传感器控制能够实现高速时电机的无速度传感器闭环控制,并且此方法对电机参数变化具有较强的鲁棒性。

永磁直驱风力发电系统无速度传感器转矩闭环矢量控制

针对传统基于扩展反电动势(EEMF)模型的永磁同步风力发电机(PMSG)无速度传感器算法实现复杂,且参数依赖性较强的问题,提出一种简化EEMF模型的方法,设计一种简化的全阶滑模观测器(SFOSMO),并据此给出无速度传感器算法的具体实现方式。此外,基于SFOSMO提出简化的定子磁链和电磁转矩观测方法,并分析所提出的定子磁链观测方法的参数灵敏性。最后建立无速度传感器转矩闭环控制系统,并进行仿真和实验研究。结果表明,所提出的无速度传感器转矩闭环控制方法具有良好的动稳态特性,转矩控制精度较高,可用于大功率直驱风力发电系统。

永磁同步牵引电机无速度传感器转矩精确控制

为了改善轨道交通矢量控制系统永磁同步电动机转矩控制的性能,采用有效磁链和等效反电动势的概念,设计了基于等效反电动势的扩展非奇异快速终端滑模观测器实现了无速度传感器控制,基于有效磁链实现了精确转矩闭环控制。首先,建立了基于等效反电动势的内置式永磁同步电动机模型;其次,构建了基于等效反电动势的自适应扩展非奇异快速终端滑模观测器,推导并建立了估算转速的自适应率,并利用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性;最后,基于滑模等值控制方法实现了等效反电动势和有效磁链的观测以及转矩的估算,以此和转矩给定值构成精确转矩闭环控制。该方法不仅适用于内置式永磁同步电机(IPMSM),而且适用于表贴式永磁同步电机(SPMSM)。该方法提高了轨道交通矢量控制系统PMSM转矩控制的精度,改善轨道交通控制系统的性能,通过仿真实例验证了方法的可行性和有效性。

基于自抗扰控制器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器故障是内置式永磁同步电机可靠性降低的重要原因之一。针对无位置传感器算法中滑模观测器存在观测角度滞后和系统抖振的缺陷,提出了一种以自抗扰控制器为核心的无速度传感器控制方法。该方法基于内置式永磁同步电机的扩展反电动势模型,重新设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使之不再依赖于永磁体磁链参数。针对位置和速度估计问题,系统将扩展反电动势纳入未知扰动,采用状态扩张观测器对其进行估计,最后使用锁相环生成转速和转子位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够准确估计电机转子位置,并具有很好的稳态性能。

非奇异终端滑模观测器的IPMSM无源控制

在内置式永磁同步电动机(IPMSM)静止坐标系数学模型定义的扩展反电势基础上,提出了一种基于非奇异终端滑模观测器的IPMSM无传感器控制策略。通过构造滑模观测器,定义非奇异终端滑模面,设计滑模观测器控制律估计出电机反电动势,利用锁相环跟踪算法获取转子位置和速度信息,抑制了滑模固有的抖振现象,避免常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后,提高了转子位置与速度的估算精度。利用最优转矩控制方法得到期望的d轴和q轴电流,并在IPMSM的端口受控哈密顿(PCH)系统数学模型基础上,采用互联和阻尼配置的能量成形方法,设计了无源控制器得到两相同步旋转坐标系下的电压分量,控制器计算量小、便于实现。仿真结果验证了方法的有效性。

基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制

提出一种基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机(IPMSM)无传感器控制策略,拟用于永磁无轴承电机地无位置/速度传感器运行。定义了包含传统反电势及定子电感位置信息的扩展反电势(Extended EMF,EEMF),以此建立静止坐标系中的IPMSM新型数学模型。通过滑模观测器对两相静止坐标系中分量EEMF的估算检测出转子的空间位置;基于Lyapunov函数分析观测参数的收敛性;采用模型参考自适应算法得到了转子的估算速度。实验运行验证了该无传感器控制策略的有效性。

永磁无刷直流电机角加速度估计

由于霍尔位置传感器的分辨率和精度较低,以其为基础计算永磁无刷直流电机(BLDCM)的角加速度将产生较大的误差。针对这一问题,提出一种以反电动势归一化值中包含的位置信息为基础,采用双观测器对角加速度进行估计的方法。首先构建滑模观测器(SMO)对??坐标系下的反电动势波形进行观测,同时对观测结果进行归一化处理以降低高次谐波含量并消除转速和磁链系数的影响,之后考虑电机电磁转矩对加速度的影响,设计扩展卡尔曼滤波(EKF)估计器从观测到的反电动势归一化值中提取位置信息,进而实现对角加速度的估计。利用RT-LAB实时控制器进行实验,证明提出的角加速度估计技术可以在较宽转速范围内快速有效地观测出永磁无刷直流电机的角加速度。

基于扩展滑模观测器的永磁同步电动机无传感器控制

针对传统滑模观测器在估计电机转速时存在的抖动问题,本文通过永磁同步电机扩展状态方程以及扩展滑模观测器,将滑模控制和模型参考自适应结合在一起,来提取电机转速。从仿真和实验两方面,对新方法与传统滑模观测器方法作了详细的比较,结果验证了新方法可以避免传统滑模参数估计时存在的抖动问题,同时具有良好的动静态性能以及更高的估计精度。

考虑铁损的超高速永磁同步电机无传感器控制

提出一种考虑铁损的超高速永磁同步电机(PMSM)无传感器控制策略,通过重构PMSM铁损动态模型,以解决传统无传感器控制方法在电机高速运行时存在的转子位置估测误差大和定子电压易饱和问题:通过有限元软件对铁损电阻进行分析,评测铁心损耗对转子估测误差的影响,建立包含铁损电阻的扩展电动势观测器。同时,所提方法具有一定的弱磁能力,可提高电机的最大运行速度。最后,与传统无传感器控制方法的仿真实验对比验证了所提方法的可行性和有效性。

IPM同步电机扩展反电动势转子自测角研究

基于低速运行区采用高频载波注入法和高速运行区采用扩展反电动势状态观测器法相结合的思想,提出内插式永磁(Interior Permanent Magnet,简称IPM)同步电机全速范围的无传感器驱动技术。在低速运行区,高频旋转电压注入后,检测与反电动势有关的电流响应来获得转子位置信息;在高速运行区,通过与低速运行区无传感器控制技术的平滑切换,观测两相静止坐标系中扩展反电动势来获得转子位置信息。该方法不受电机参数和低频干扰的影响,具有较强的鲁棒性,实测结果验证了该方法的有效性和可行性,以此机理实现的无传感器转子位置观测器具有良好的静、动态性能。

直接基于谐波电动势定向的PMSM转矩脉动抑制方案研究

针对永磁同步电机电磁转矩脉动抑制问题,本文从理论上证明了为抑制转矩脉动需要注入电流的相位与谐波电动势的相位相同,为谐波电流的生成提供了理论依据。基于此,论文提出了一种直接基于谐波电动势相位定向的转矩脉动抑制方案。该方案通过设计高阶扩张状态观测器对谐波电动势进行估计,继而获得注入谐波电流的相位角;通过转速脉动信号的提取并设计相应的闭环控制调节器获得待注入谐波电流幅值,最终根据相位角和幅值生成所需注入的谐波电流。由于传统的比例积分控制器不能有效跟踪交流信号,本文通过设计旋转积分器实现对谐波电流的跟踪控制,并最终实现了转矩脉动的抑制。最后,论文通过基于伺服系统的实验平台验证了本文的分析和设计。

基于LADRC控制的永磁同步电机无位置传感器研究

在永磁同步电机(PMSM)控制系统中,传统PI控制器因结构简单、易于实现而得到广泛应用,但在系统快速性与超调之间存在矛盾。为了解决以上问题,提出一种以线性自抗扰控制(LADRC)为核心的PMSM无位置传感器控制方法。首先,针对线性扩张状态观测器(LESO)对系统扰动估计负担过大导致系统控制性能降低的问题,通过设计降阶观测器对系统的负载扰动进行观测,并将获取的扰动补偿到控制器以减少LESO对系统扰动的估计负担,提高LESO对扰动的估计精确度、增强系统控制性能;其次,为了实现无位置传感器控制,将电机方程中的反电动势纳入未知扰动并利用LESO对其进行估计;最后,从估计的反电动势中提取转速和转子位置信息。通过仿真和实验表明,采用LADRC所控制的PMSM系统具有更高控制精确度和更强的抗扰性能,而且利用LESO所估计的转速精确度高、鲁棒性强。

内置式永磁同步电机的无位置传感器控制研究

为方便地提取内置式永磁同步电机的转子位置信息,介绍了一个基于d-q旋转坐标系的电机模型,结合矢量控制的方法来估算转子位置。系统通过检测三相定子电流,搭建了一个估测的正交同步参考坐标系,利用该坐标系上的扩展反电动势,提取出了准确、有效的转子位置信息。通过在Simulink中对该系统的仿真,对比实际位置角与估算角,验证了此方法的可行性。

飞机电动环控用高速电机全速域无位置控制稳定性分析

以飞机电动环控用高速永磁同步电机(High-speed permanent magnet synchronous motor,HSPMSM)控制系统为研究对象,考虑到HSPMSM无传感器控制的研究主要集中在算法实现和转子估计误差消除方面,本文提出了一种基于小信号分析的无传感器全速控制全局稳定性分析和参数设计方法。该方法在扩展反电动势法的基础上设计了位置估计环的参数,并建立了位置估计环和速度环的参数对系统稳定性的影响。其次,本文使用根轨迹来设计I/f控制能够运行的最高转速和扩展反电动势法能够运行的最低转速,以确定算法切换的稳定转速。同时分析了电机参数在高温下的灵敏度。最后,在45 kW、4000 r/min表贴式HSPMSM上进行了全速域电动环控实验。结果表明,本文设计的回路参数和切换转速具有更好的动态和稳态性能,参数的灵敏度与理论分析一致,为HSPMSM的全局参数设计和灵敏度分析提供了可行的思路。

储纬器电机无位置传感器的全速域控制方法研究

针对储纬器电机无位置传感器的调速控制问题,采用脉振高频注入法与扩展反电动势法相结合的控制策略,研究了一种全速域下的无位置传感器矢量控制方法。在电机静止时,利用电机凸极特性,采用高频注入法配合极性判断准确估计初始位置并使电机速度闭环启动。当运行至中速时,估计算法切换为扩展反电动势法估计转子位置与速度。在加减速过程速度切换区间采用滞环切换策略。通过实验验证了所提出的控制策略在全速域下电机矢量控制的可行性,且满足储纬器电机配合织机的工作要求。

磁悬浮列车在双端供电模式下的无速度传感器控制

磁悬浮列车实现稳定运行的核心技术在于如何准确获取列车的速度、位置和电机角度信息。针对磁悬浮列车在高速运行时采用并联供电的特殊模式,将交流电机的扩展反电动势原理推广到长定子直线同步电机的控制中,建立长定子直线同步电机供电系统的数学模型;借鉴旋转电机的扩展反电动势原理,设计磁浮列车的扩展反电动势观测器;采用锁相环的方法得到磁悬浮列车的速度以及转子角度。在半实物仿真平台上验证了该无速度传感器控制策略的有效性。

基于锁频环的内置式永磁同步电机无传感器控制

针对传统利用锁相环获取扩展反电动势中转速与转子位置信息的方法在电机升速或降速时会产生一定转速观测误差的问题,提出一种基于锁频环的内置式永磁同步电机无传感器矢量控制策略。采用锁频环辨识转子角速度,可有效增强电机在升速或降速时对转速的辨识能力;在此基础上,利用同步坐标系滤波器指定消除扩展反电动势中包含的低次谐波;设计输出滤波器进一步提高转速与位置观测的抗扰能力。此外,文中推导转速与位置观测的传递函数,依据传递函数给出控制参数设计原则,最后通过仿真及硬件在环测试,验证该方案的可行性。

双PWM永磁同步风力发电控制器设计

传统风力发电系统通常采用光电编码器检测电机转子位置,系统成本较高、可靠性较差。考虑到滑模变结构对环境变化具有很强的适应性,结合最大功率跟踪法,设计了基于滑模观测器的双PWM永磁直驱小型风力发电系统,针对机侧控制器进行理论分析与实验研究。结果表明,滑模观测器对负载扰动及参数误差具有很强的鲁棒性,在较高频率范围内准确估计转子位置。而控制器通过调整风机转速能达到最大风能捕获,适用于小型风力发电。

基于滑模观测器的高速磁浮无传感器控制

常导电磁吸引型磁悬浮列车在高速运行时采用双端供电的供电模式。针对磁悬浮列车采用双端并联供电的特殊模式,设计了基于滑模观测器的无传感器控制策略。本文首先建立了在双端供电模式下长定子直线同步电机的数学模型,并根据给定电流与反馈电流间的误差设计了滑模观测器,然后由该误差来重构电机的扩展反电势。最后通过正交锁相环技术,提取扩展反电势中的转子位置信息,实现无传感器控制。在Simulink中搭建了仿真模型,并通过半实物仿真平台进行验证,仿真结果证明该控制策略是有效可行的。