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。

基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

在直流输电系统接地极线路配备阻抗监视系统的背景下,可利用高频测量阻抗特性实现故障距离的精确计算。然而,分析发现直流系统接地极线路在不同故障条件下可能产生相同的高频测量阻抗,这意味着测量阻抗与故障距离间不是一一映射关系,由单一测量阻抗难以得到准确的故障距离。文中分析了高频测量阻抗的重合特性随注入信号变化的特征,提出了基于复频率信号注入的故障测距方法,并给出了复频率的选定策略。该方法改进了基于高频测量阻抗幅相特性的接地极线路故障测距方法,实现了故障位置的准确计算。最后,通过仿真算例充分验证了所提测距方法的可行性和精确性。

基于高频注入法的同步磁阻电机无位置传感器控制

同步磁阻电机是一种结构简单耐用、造价较低的特殊同步电机,近年来逐渐受到关注。将旋转高频电压注入法无位置传感器控制技术应用于同步磁阻电机,研究无带通滤波器同步磁阻电机位置辨识策略,以简化控制算法,降低位置辨识误差,减轻处理器的运算压力。同时在实验中,分奇偶周期分别注入基波电压和高频电压,以充分利用实验电源容量。在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,同时搭建1.2 kW样机的硬件测试平台,仿真和实验结果都验证了简化的无位置传感器矢量控制算法的有效性和准确性。

基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法

针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法。首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响。为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力。实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题。

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。

永磁同步电机改进滑模无位置传感器控制

永磁同步电机运行在中低速时采用传统滑模控制存在较大误差,基于滑模控制算法在确保稳定性的情况下,将自适应滑模控制器结合高频正交信号注入法,提高电机低速运行时转子定位精度。针对永磁电机高速运行时采用传统滑模控制在负载突变时转速波动超调量大的问题,改进设计一种超螺旋滑模观测器,优化改良电机运行时的动态响应。使用李雅普诺夫稳定性判据对改进后的滑模观测器进行了稳定性分析,仿真验证,改进的滑模观测器控制策略能够提高包括零低速在内宽速度范围的转子定位精度和控制系统鲁棒性。

基于随机高频正弦信号注入的永磁电机转子位置估计方法

高频信号注入法是永磁同步电机零速和低速运行条件下常用的无位置传感器控制策略,但该方案会因高频信号的注入而引起额外噪声,带来噪声污染。针对该问题,研究一种基于随机高频正弦信号注入的无传感器控制方法。通过分析随机正弦电压信号的注入方式以及高频电流包络的提取原理,设计锁相环位置观测器,对转子位置信息进行准确估计。通过分析固定频率信号注入和随机频率信号注入的功率谱密度,从理论上验证所研究方法降低高频噪声的可行性。在2.2 kW永磁电机平台进行实验研究,结果验证了所研究方法的有效性。

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。

一种基于双位置观测器的永磁同步电机低速无位置传感器控制方法

为了实现永磁同步电机低速段无位置传感器控制系统对转子位置的快速跟踪和对转速信号的低噪声估计,该文提出了一种基于锁相环与滑模观测器的双位置观测器控制方法。该方法利用两组坐标变换实现了高频信号注入过程与磁场定向控制的解耦,通过改变滑模观测器增益与转速环闭环带宽的方式实现稳态时低噪声、暂态时低延迟的信号估计。控制器参数基于闭环带宽进行设计,避免了低通滤波器的使用,从而简化了控制系统。针对带宽切换过程,该文提出了一种切换策略,利用转速环与滑模观测器中的积分环节,实现了平滑的带宽切换。最后通过实验验证了所提方法的有效性。

基于自适应二阶广义积分器的PMSM无传感器控制

为抑制基于传统高频脉振电压注入算法的永磁同步电机无传感器控制系统中由于滤波器的叠加使用导致的滤波延迟及观测精度较低等问题,提出一种自适应广义二阶积分器(adaptive second-order generalized intergrator, ASOGI),将转速引入特征频率及比例系数中,动态调整系统带宽及选频性能,并将其分别应用于高频响应电流的提取及二倍高频分量滤波,取代带通滤波器(band-pass filter, BPF)和低通滤波器(low-pass filter, LPF),此外,提出一种改进锁相环(phase-locked loop, PLL)算法,基于SOGI提取谐波幅值并消除观测环中注入电压幅频及电机参数的影响。最后运用MATLAB/Simulink进行仿真实验,其中在转速转矩突变时的转速及转矩脉动分别降低了50%和60%,表明了该方法可有效改善系统动态响应及观测精度。

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。

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。

永磁电机转子位置检测方法

电机起动过程中转子位置检测对于电机可靠运行起着重要作用,因此需在电机运行前检测转子位置,以确保电机顺利起动。为此提出一种在电机零速状态下,基于电压高频信号注入法检测电机转子初始位置方法。先通过坐标变换法得到三相电流表达式,确定转子位置范围,进而用线性近似法得到转子位置信息;再通过电机磁路饱和效应明确转子极性,确定转子准确位置;最后通过仿真实验,验证该方法可准确检测转子位置信息,并具有结构简单、误差小的优势。

一种基于深度学习的高轨卫星CEI信号频率估计算法

针对高轨卫星连线干涉测量(Connected Element Interferometry,CEI)信号的高精度频率估计这一难题,建立了CEI中的正弦信号频率估计模型。设计了基于深度学习框架的CEI信号频率估计算法,将算法划分为基于前馈深度神经网络的频率表征模块和基于卷积神经网络的频率计算及估计模块,在此基础上设计了各模块的具体结构和学习训练流程。对于算法的核心模块进行了仿真实验验证,并将所提算法与前人的相关算法进行了比较与分析,证明了该算法的有效性、稳定性和优越性。

表贴式永磁同步电机无位置传感器起动新方法

针对表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous machines,SPMSM),该文提出一种脉振高频信号注入法结合载波频率成分法的无位置传感器起动控制新方法。该方法首先向SPMSM的d轴注入脉振高频信号,使得SPMSM呈现"饱和凸极性";然后引入载波频率成分法进行转子磁极极性判断,即提取三相载波正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)逆变器中的三相载波频率成分信号,解析其饱和分量幅值的正负,实现对SPMSM转子磁极极性的判别。与传统的通过二次注入其他形式的信号来判断转子磁极的方法相比,该方法有效改善了现有无位置传感器起动方法中存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。实验结果表明,所提方法能够准确、快速地检测出SPMSM的初始位置,保证电机顺利平稳起动,具有良好的位置估计精度。

基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制

针对转子磁钢表贴式永磁同步电动机(SPMSM),提出了一种基于脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制的新方法。其原理是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流,通过检测交轴电流环PI调节器的输出电压量,获得含有转子位置估计误差的信号,对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角,从而实现无位置传感器控制。对该方法进行了理论分析、仿真与实验验证,结果表明该方法在低速和零速下均能准确地检测电动机转子的位置和速度,相较于脉振高频电压信号注入法,所提出的方法结构更简单,且稳定性更高。

基于高频信号注入的IPMSM无位置传感器控制策略

为了提高无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)的低速运行性能,提出一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测方法。采用注入脉振高频电压信号的方式,通过高频电流的幅值信息获取转子位置误差信号,对信号处理及数字滤波器设计进行分析。在此基础上,研究一种具有较强抗负载扰动能力的转子位置观测器,通过考虑负载扰动转矩动态特性,给出位置鲁棒观测器的理论设计方法,根据实际扰动转矩特点及位置观测期望误差,采用极点配置法设计反馈矩阵系数。通过IPMSM无位置传感器矢量控制系统进行了实验,结果验证了该控制策略的有效性。

基于高频电压突变量的特高压直流输电系统接地极引线故障监测方法

为快速检测并切除特高压直流输电系统接地极引线故障,提出了一种基于高频电压突变量的高压直流输电接地极引线故障监测方法。首先分析了接地极引线接地故障时高频电压的特性,在此基础上,提出了利用高频电压突变量作为判据检测接地极引线故障的新方案。所提出的故障监测方法不受高频信号下接地极引线阻抗—距离非单调性质的影响,有一定的抗过渡电阻的能力,对接地极引线参数测量误差具有较强的适应性。并且,该算法可以直接应用于现有的接地极故障监视系统(ELIS)中,无需额外的硬件投资。为验证所提出方案的性能,基于电磁暂态仿真程序PSCAD进行了数字仿真试验,结果表明,当过渡电阻小于200?时,该方法均能灵敏可靠地识别并隔离故障,其在电力系统中具有良好的应用前景。

永磁型无轴承电机的无传感器运行研究

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,针对永磁型无轴承电机无传感器运行的需要,提出了一种基于电机空间凸极跟踪的转子位置估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、外差法空间凸极信号提取及转子位置跟踪观测器设计等位置检测原理和实现技术,并应用这种位置检测方法建立了永磁型无轴承电机无位置传感器的矢量控制系统。仿真研究表明,上述空间凸极跟踪方法能在内插式永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的位置,能在高、低速和大负载扰动下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。