基于ADE优化的IPMSM全速域无传感器控制

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)全速域的无传感器控制和切换速域的平滑过渡,提出了一种基于自适应差分进化(ADE)算法优化的复合控制方法。分别在零低速域、中高速域采用旋转高频电压注入法和滑模观测器法来对电机转速和转子位置进行估算,并在切换速域采用基于ADE算法的权重系数优化法来实现上述两种控制方法的平滑切换,从而实现IPMSM全速域无传感器控制。仿真结果表明:提出的复合控制方法能够实现电机全速域的无感控制和切换速域的平滑过渡,且具有良好的稳定性。

永磁同步电机全转速范围无位置传感器控制

为解决IF控制启动速度偏慢、启动转矩能力薄弱等问题,采用高频脉振电压注入法完成电动机零低速启动,并结合中高速区有效磁链法形成全转速范围无位置传感器复合控制策略。为了实现两种控制方法的平滑切换,提出一种基于转速过渡区与状态机结合的滞环切换策略,所提策略将全转速范围划分为零低速区、过渡区以及中高速区,电动机由中高速区进入过渡区时提前开启高频脉振电压注入法,使其位置估计过程达到稳定,为切换做好准备。为了减小注入高频电压对有效磁链法位置估计过程的冲击,在转速过渡区采用软开启的方式实现高频脉振电压注入法的投入与退出。针对转速过渡区两种位置估计方法同时工作时的耦合问题,设置了双同步旋转坐标系,实现了转子位置估计的解耦控制。在一台三相永磁同步电机上对所提方法的有效性进行了验证。

一种优化高频注入法PMSM无位置传感器控制

传统高频信号注入法采用带通滤波器分离信号,龙伯格观测器利用所得信号计算出转子位置,考虑到带通滤波器设计复杂且使高频信号幅值产生衰减,同时龙伯格观测器需要电机转矩反馈、转动惯量等多种机械参数,这些因素干扰电机控制系统的动态性能等。采用基于低通滤波器的信号分离方法可在不损失高频信号得到含转子位置信号;利用电机的转速、转子位置角以及其角加速度之间关系构建扩张状态观测器,可以避免测量负载转矩和对不确定扰动的估计。仿真及实验结果表明,该优化策略能够使电机在低速控制时稳定运行,且具有更好的低速动态性能。

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。

改进电机全速域无位置传感器转速控制系统研究

针对宽速电机的全速域应用场景,提出改进传统加权平均法,并利用改进后的中高速域滑模观测器法和低速域脉振高频注入法进行复合,实现精确的全速域无位置传感器控制。首先,针对滑模观测器法中符号函数导致的系统抖振,提出指数型复合函数用来替代原观测器中的符号函数;其次,针对脉振高频注入法中高频电流分量与注入信号的相位延迟,提出使用另一轴系高频电流替代注入信号;再次,针对加权平均法在过渡区域的权重分配不合理,提出新型指数型加权系数,同时为平稳过渡提出滞留缓冲带;最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建基于滞留缓冲加权法的全速域转速控制系统,进行仿真验证。通过仿真结果,表明了改进后的全速域转速控制系统对转速误差和平稳过渡的优化效果。

基于电流检测误差补偿的嵌入式永磁同步电动机无位置传感器控制实验平台设计

对基于高频脉振电压注入法的无位置传感器控制策略而言,转速和转子位置的准确估计十分重要。在传统高频脉振电压注入法的基础上,针对电流检测误差问题,提出一种电流检测误差补偿方法。该方法在传统位置观测器的基础上,增加了参数自适应陷波器环节,通过实时参数修订,消除位置观测器中由电流检测误差引起的二次谐波,提高转速和转子位置估计的准确性。采用品质因数更高的二阶广义积分器提取高频电流,改善控制系统的动态性能。通过搭建实验平台验证了所提补偿方法的可行性。

基于改进型自抗扰控制的PMSM无感调速技术

针对基于高频脉振注入法的PMSM无位置传感控制系统在启动或低速调速时,转速响应的快速性和无超调性不可兼得的问题,设计了一种基于改进型自抗扰控制策略的速度控制器,该控制器采用一阶自抗扰结构来减少控制参数,同时采用fhan函数作为过渡函数,使转速响应具有较好的适应性,并给出控制参数的整定方法,有效地改善了基于高频脉振注入法的PMSM无感系统的控制效果。通过建立Simulink仿真模型和硬件实验平台,对比基于改进型自抗扰控制与基于传统PI控制的PMSM无感控制系统的调速响应,结果表明采用改进型自抗扰的速度环控制器在无感控制系统启动与调速过程中,能够有效解决快速性和无超调性之间的矛盾,实现对电机的良好控制。

永磁同步电机低速域下改进旋转高频注入控制

旋转高频注入法常用于永磁同步电机零低速无位置传感器控制系统,但该方法在提取和处理位置信号的过程中用到较多的滤波器,这将会导致获取的位置信息产生误差。窄带宽带通滤波器既可减少滤波器的数量,同时也具有很好的通频特性,可有效地提取到准确的高频位置信息;然后基于正序分量去补偿同步轴系高通滤波器(SFF)对负序分量(含有位置信息)造成的误差;最后结合速度环一阶线性自抗扰控制,去提高该系统的抗扰能力。通过对比改进前后的仿真实验结果,验证了改进后的方法对于转子位置误差补偿有较好的效果,其观测的电机位置精度可达0.015 rad,控制系统在突加负载和转速突变时的抗扰能力也有明显提高。

永磁同步电机无位置传感器控制现状和展望

永磁同步电机(PMSM)的无位置传感器控制是当前电机控制领域的研究热点。针对永磁同步电机无位置传感器控制中基于反电动势观测以及电感凸极性的位置估计方法进行归纳总结。分别对滑模观测器法、模型参考自适应法、龙伯格观测器法、扩展卡尔曼滤波器法、无迹卡尔曼滤波器法和高频信号注入法的基本理念进行了介绍,通过比较每种方法的优势和不足,并根据其缺点归纳了目前主要的改进方法,并阐述了全速范围内两大控制方法的结合策略,且对无位置传感器控制的研究趋势进行了展望。

模块化多电平变流器低频控制方法

目前,模块化多电平变流器(modular multilevelconverter,MMC)多应用于50或60 Hz运行的恒频领域,在交流调速领域还没有得到应用。这是由于,变流器模块电容没有钳位电路支撑,工作时模块电容电压将产生波动,且变流器输出频率越低,该波动越剧烈。一方面,模块电容电压波动将会对变流器开关器件和模块电容的安全工作范围造成影响;另一方面,变流器模块电压波动也会造成变流器输出电压畸变。提出在桥臂共模电流和输出共模电压中同时注入高频分量的方法来抑制电容电压波动,并提出实际值调制方法来消除模块电压波动造成的输出电压畸变,从而使得变流器能够工作在低频状态。最后通过实验证明所提出的控制方法的有效性。

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。

基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制技术综述

无传感器控制技术有利于改善永磁同步电机驱动系统的可靠性,降低系统成本,已经成为交流电机传动领域的一项热门及前沿技术。高频注入法利用电机的凸极特性估计转子位置,不依赖电机反电动势模型,非常适合永磁同步电机零速及低速运行。针对高频电压信号注入法进行调研和整理归纳,并将这些方法总结为传统的高频正弦波注入法、改进的高频正弦波注入法和高频非正弦波注入法三类。首先,分别介绍每类方法中的典型实施方案,并指出各个方案的优缺点;其次,针对三类方法的异同点进行分析比较;最后,对基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制技术的发展趋势进行展望。

磁悬浮开关磁阻电机径向位移自检测

针对传统位移传感器灵敏度容易受温度和电磁噪声干扰,增大电机体积和结构复杂度等问题,在研究磁悬浮开关磁阻电机转矩绕组和悬浮力绕组之间互感与转子径向位移非线性关系的基础上,研究了一种实用的转子径向位移自检测方法。具体做法是:将一高频测试电流注入转矩绕组,然后在悬浮绕组端电压中滤出由该测试电流引起的互感电压,解调后提取出直流部分,再经简单数学处理后即可得到转子的径向位移。该方法无需专用的位移传感器,简单易行,可以减小电机尺寸,并提高系统的可靠性。仿真及dSPACE平台的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

基于FIR优化滤波的旋转高频信号注入法及其应用

针对传统旋转高频信号注入法中信号处理精度低、延时时间长及过程复杂等缺陷,提出一种基于有限冲激响应(finiteimpulse response,FIR)优化滤波的改进旋转高频信号注入法。该方法采用等纹波最佳逼近FIR滤波器提取高频电流信号,实现高频电流信号提取误差最小。通过对高频电流作外差处理,提取转子位置误差信号,省去旋转高频信号注入法中的同步轴系滤波单元,降低系统的复杂性。通过线性相位补偿,实现转子速度与位置估计最小延迟。构建无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制平台,验证算法的有效性。仿真实验结果表明:通过离线优化设计FIR滤波器及线性相位补偿,该方法在全速范围内能够准确估计转子的位置与速度,与卡尔曼滤波相比,其估计精度更高,鲁棒性更强。

基于估计位置反馈电流解调算法的改进型高频旋转电压注入无位置传感器控制策略

高频旋转电压注入法是一种常用的永磁同步电机零低速区转子位置估计方法,其电流解调通常采用同步轴系高通滤波器(SFHF)算法实现,但不足之处在于,不仅电流解调过程复杂,而且位置估计误差随转速的变化而变化。为此,提出一种基于估计位置反馈(EPF)的电流解调算法。一方面,利用EPF电流解调算法设计高效的位置误差补偿策略,消除转速对位置估计精度的影响;另一方面,采用该电流解调算法后系统具有独立的位置估计环路,通过在位置环采用陷波器(NF)对谐波成分陷波,有效地扩展了位置环闭环带宽,从而提高了高动态加减速工况的位置估计精度。该文回顾传统高频旋转电压注入法的实现过程,详细介绍EPF电流解调算法以及位置估计误差补偿策略,并分析利用NF对位置环带宽进行扩展的原理。最后搭建永磁同步电机实验平台对所提策略进行实验验证。

基于HF-HHT的暂态扰动信号分析

文中引入了一种基于高频谐波注入法的希尔伯特黄变换(HF-HHT),以此来克服经验模态分解在电力系统暂态扰动信号检测中出现的模态混叠现象。该方法通过设置注入高频信号的频率,结合HHT,对暂态扰动信号进行分析,达到了抑制模态混叠的目的。HF-HHT的关键在于高频谐波注入频率的选取,文中通过理论分析和仿真实验得出有效且普适的频率选取原则:当注入高频谐波频率在以原信号高频成分的最大频率1/2倍为中心,上下波动在基波频率1/2倍范围内时,HF-HHT普遍有效。并对实测电能质量信号进行分析,验证了该方法在电力系统暂态扰动信号检测中的有效性和普适性。

基于高频电压信号注入凸极PMSM无传感器控制的仿真研究

永磁同步电机以其体积小、效率高、可靠性好以及对环境的适应性强等诸多优点,在各种高性能驱动系统中得到广泛应用。无传感器永磁同步电机控制技术具有成本低、体积小,可靠性高等优点,是当前永磁同步电机控制技术领域的研究热点之一。该文对基于高频信号注入法进行永磁同步电机无传感器控制技术的基本原理进行论述,并采用滤波方法得到转子位置和速度估计信息,建立了PMSM无传感器矢量控制系统的仿真模型,给出了仿真试验结果。

永磁同步电机无传感器控制系统的仿真研究

研究无传感器永磁电机性能优化问题。无传感器永磁同步电机控制技术具有成本低、体积小,可靠性高等优点。针对传统的传感器为机械式系统成本高、可靠性低的缺点,采用永磁同步电机控制技术领域的一种新的永磁同步电机转子位置、速度估算方法即高频电压信号注入法。文中对高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制技术的基本原理进行了论述,并采用外差方法得到转子位置和速度估计信息,建立了永磁同步电机无传感器矢量控制系统的仿真模型,给出了仿真试验结果。仿真结果表明,改进的控制系统响应快,启动过程中转矩脉动小,转速上升平稳,抗扰动性能好,有良好的静、动态性能。

一种基于锁相环原理的参考模型自适应感应电机转速估计方法

针对超低速及零定子频率运行条件下感应电动机转速的不可观测性导致基于电机模型的传统速度估计方案无法实现速度估计,引入了高频信号注入法来获得转子磁链矢量位置角并得到转子磁链的参考模型,并以转子磁链的电流模型作为调节模型,在此基础上,提出了基于锁相环原理的参考模型自适应速度估计方案．仿真结果进一步验证了该方案的有效性．

注入高频脉振电压的永磁同步电机I/F控制方法

针对传统的开环I/F控制运用在低速区时存在的给定电流不可控、电机运行效率低、易失步的问题,提出一种新型的无位置传感器I/F控制方法。该方法将改进算法的高频脉振电压注入法运用在传统的开环I/F控制中,对采样得到的三相电流进行信号处理以获取所需的轴系夹角信息,经由PI控制器对给定电流的幅值进行闭环调节,同时对给定电流的电角速度进行闭环补偿。实验结果表明,在该方法下表贴式永磁同步电机可根据负载变化对给定电流幅值和电角速度进行动态调节,使其运行在最大转矩电流比状态,且具有渐进稳定性,提高了电流利用率,增强了电机抗负载扰动能力。