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。

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。

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。

基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置应用探析

为了解决船舶交流电网绝缘故障实时在线监测定位问题,提出了一种基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置设计方案。对双频信号注入法的工作原理进行研究,系统以STM32F103ZE芯片为控制核心,运用基2时间抽取1024点FFT实现注入低频信号的提取。明确了注入信号的频率选取原则,试验分析确定注入信号频率为15 Hz和5 Hz。经过实际运行测试与结果分析,基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置最大误差率不超过2%,完全满足对地绝缘电阻测量精度±5%的设计要求。试验结果验证了船舶交流电网绝缘监测装置的可靠性和有效性,所提出设计方案大大降低船员工作强度,提高了舰船电力系统的供电连续性和安全性。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于单片机的直流系统接地故障检测装置研究

直流系统常用于电力系统中,以实现对电力系统的控制和对自动装置的供电,而直流接地故障的频发会严重影响直流系统的可靠性,进而影响电力系统的安全与稳定,为此提出一种直流系统接地故障检测装置。在不平衡电桥的基础上,结合低频信号注入法提出了电桥参数设计方法以实现对电能参数信息的采集,并通过计算各支路的接地电阻值,完成对故障支路的定位,从而形成一个完整的直流系统接地故障检测系统。最后,设计了数字信号处理器DSP,对支路绝缘电阻进行实验分析,验证了直流系统接地故障检测装置的可行性,实现了对接地故障的准确定位,解决了检测死区与误报警问题,有利于电网的安全稳定运行。

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。

抽水蓄能机组状态在线监测中的振动信号积分方法

抽水蓄能机组振动状态监测中常将速度信号积分成位移信号再计算特征值进行评价。以稳定工况下上机架水平振动速度信号为例,研究了速度信号积分为位移信号的积分方法与滤波器参数设置,并采用暂态工况进行验证。结果表明,速度信号积分成位移信号时,应采用高通滤波器对积分前速度信号或积分后位移信号进行高通滤波,高通滤波器的截止频率可设置为0.2倍转频;暂态工况下,采用未滤波的位移信号计算特征值对机组安全性评估时,存在高估机组振动的风险。

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。

永磁同步电机无位置传感器混合控制策略

转子位置混合观测策略对于实现无传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)全速域运行非常关键。针对IPMSM无传感器矢量控制系统,提出一种由高频信号注入法与反电动势模型法的位置误差信息相融合的混合观测方法。低速运行时注入脉振高频电压信号,通过对高频电流幅值处理获得转子位置误差信号,中高速运行则通过反电动势模型滑模观测器获得位置误差信息,对两种方法所得位置误差信号进行归一化处理,并根据运行转速对归一化后的位置误差信号以加权的方式进行信息融合。通过一个软件锁相环获取混合位置观测值,并分析混合观测器的稳定性及参数设计。最后通过2.2kW IPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。

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。