高速电机无位置传感器控制关键技术与前景展望

从高速电机高基频和低电感的本质特性出发,针对高速电机无位置传感器控制中存在的数学模型强耦合、低载波比以及高定子电流谐波等问题,围绕高速电机无位置传感器控制中的建模、驱动和控制3大关键环节,从精确建模与解耦控制、驱动器拓扑以及无位置传感器控制算法3个方面深层次梳理归纳高速电机无位置传感器控制原理和研究现状,聚焦转子位置估计与补偿方法。从谐波抑制、运行可靠性和高性能全速域算法等多方位探讨高速电机无位置传感器控制技术的难点和面临的挑战,并对其未来的发展方向进行展望。

基于电压误差校正的有效磁链法无传感器算法及其在超高速电机上的应用

氢能具有零污染、来源广、效率高等特点,氢燃料空气压缩机一般为高速永磁同步电机,是未来新能源汽车发展的重要方向。通常情况下空气压缩机的转速都相对较高,电机的传感器在高速工况下获得的信号不够精确。本文提出了一种基于d轴电压误差补偿法的有效磁链法无传感器控制算法,设计了一款针对氢燃料空气压缩机的电机控制器,建立了有效磁链模型以及锁相环模型估计电机转子位置,提出了d轴电压补偿法对估计的转子位置结果进一步优化,采用三段式启动策略设计控制器的硬件结构(包括主控芯片、驱动芯片以及外围电路等),并对该控制器的基本性能和稳定性进行了测试验证,结果表明:该控制器在77kHz载频下可以将电机转速提高至150kr/min,启动时间0.9s,加速到最高转速耗时1.44s,控制器结构简单,鲁棒性强。

飞轮储能参与风电平滑的自适应滤波算法及无传感器控制

通过对风电系统和飞轮储能系统运行特性的分析,针对飞轮转子设计难以安装位置传感器的特殊性问题,提出一种基于自适应非奇异快速终端滑模观测器的飞轮储能无传感器控制策略,提高转子位置角估计精度。此外,针对飞轮储能系统参考功率指令滞后的问题,在无传感器控制基础上,引入自适应滤波算法作为飞轮储能控制系统的功率给定,以减小功率指令滞后现象。在Typhoon HIL 602+仿真平台进行实验验证,结果表明:飞轮储能系统运行性能良好,观测器具有优越的估计性能,能满足飞轮快速充放电并有效平滑风电功率波动的控制需求,同时提高储能利用率。

三相鼠笼异步电动机无传感器转速检测技术及其适应性

针对三相鼠笼异步电机无位置传感器快速傅立叶变换(fast Fourier transformation,FFT)测速方法需要预先知道转子槽数,且测试精度易受噪声干扰和采集时长等因素的影响,提出一种基于奇异值分解-Prony(singular value decomposition-Prony,SVD-Prony)算法的无位置传感器高精度转速测量技术。运用电机学相关理论,研究转子槽谐波测速机理,并给出整数倍率转子槽数的计算方法。在分析并明确定子电流噪声影响和FFT法存在检测精度受采样时长限制等问题的基础上,研究基于奇异值增长率的SVD滤波方法和用于辨识转子槽谐波的Prony算法,并以Y160M-4型电机为研究对象,在不同运行状态下对该技术的适应性进行分析。在此基础上,构建相关物理测试平台,对YE90S-2型电机进行实测。结果表明,在相同采集情况下,所提方法测试绝对误差仅为FFT测速方法的几分之一,检测精度大幅提高。

基于滑膜观测的FOC无刷电机控制系统设计

针对目前全驱动型机器人的高工作精度以及高稳定性需求,设计全驱动型机器人关节驱动控制系统。基于无刷电机数学模型,电机驱动方案采用矢量电机控制算法FOC,电机角速度位置采用有感、无感相结合获取,即在启动以及低速转动下采用位置传感器,在中高速转动下切换使用滑模观测器。观测器对电机反电动势观测值进行运算处理,获得电机位置和速度。在MATLAB/Simulink搭建控制模型,验证算法可行性。仿真结果表明:在负载情况下,中低转速下,控制精度低,低成本位置传感器足以满足控制需求;在中高转速下,位置获取方法切换为滑模观测器,此时无位置传感器控制,无需使用高精度位置传感器,根据电机运行的电流观测到的位置,足以满足中高转速需求。且观测器监测内部运行状态,无视外界影响,大大提高控制系统的响应性与稳定性。

永磁同步电机无位置传感器控制现状与发展趋势

永磁同步电机无位置传感器控制系统,通过测量定子侧电流和端电压计算出转子位置,替代了传统的机械位置传感器,不仅降低了成本,而且提高了控制精度和可靠性。本文详细介绍了几种典型的检测永磁同步电机转子位置的控制算法,详细分析了这几种算法的适用范围以及他们的优缺点,并进一步阐述了现阶段在这几种算法基础上的改进算法以及算法之间的结合,充分发挥各自的优点,取长补短,以其达到更好的控制效果,最后展望了无位置传感器控制算法的发展趋势。

感应电机矢量控制系统无速度传感器控制方案研究

对感应电机矢量控制系统无速度传感器控制方案的研究进行了分类。在对当前研究中的几种有代表性的控制策略进行介绍的同时 ,分析了各方案的优缺点 ,并简单讨论了电机参数变化对速度算法和控制系统性能的影响及改进措施。最后 。

基于中心差分滤波算法的PMSM无传感器控制方法

基于永磁同步电机无传感器矢量控制的性能要求,提出了一种基于CDKF算法的非线性系统参数辨识的无传感器控制方法。该方法利用永磁同步电机的电压及电流信号在线实时估计电机的转速和转子角位移,进而得到矢量控制系统转速反馈信号和矢量变换角位移。仿真结果表明,该方法既能获得较高的估计精度,又能有效提高计算速度,满足永磁同步电机无传感器矢量控制的性能要求。

基于龙伯格观测器的内埋式永磁同步电机无位置控制算法

针对使用高分辨率位置传感器会增加永磁同步电机系统的成本和体积,降低系统可靠性的问题,提出低分辨率霍尔启动的龙伯格观测器内埋式永磁同步电机无位置控制算法。先采用低分辨率位置信号启动电机,再用无位置控制算法观测电机转子角度和速度。仿真结果表明:1)该控制系统从霍尔位置算法到无位置控制算法过渡平滑,电流波形正弦性好,谐波少,噪声小;2)该控制系统工作效率高,在1 000~4 000 r·min^(-1)的调速范围内,系统工作效率高于80%;3)该控制系统成本低。

基于遗传算法的无传感器永磁同步电机控制优化

基于实数编码遗传算法．实现对无传感器永磁同步电机(PMSM)控制器参数的选取和优化．速度的估计采用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法,以PMSM转子速度的测量值与估计值的偏差信号作为遗传算法自适应度求取的依据,实现协方差矩阵中参数的在线调整,节约了系统协方差参数的求取时间,提高了估计器的估计精度。基于dSPACE的快速控制原型工具验证了该方法的有效性。

基于改进UKF的无轴承异步电机无速度传感器控制

基于传统卡尔曼滤波器的转速估计方法依赖于系统的精确数学模型,但目前通用的无轴承异步电机的数学模型是一个近似模型,针对该问题该文提出一种以实际转速为基准的改进的无轴承异步电机转速估算方案:首先,用残差归一化处理自动更新渐消因子并将其引入增益矩阵,以减小系统模型偏差对估算精度的影响,增强滤波器的稳定性;其次,用遗传算法自动更新噪声矩阵,使其具备补偿作用,再次优化转速估算精度,最终将估算精度控制在5 r/min左右,干扰误差控制在10 r/min左右,可有效应对建模误差和参数扰动对转速估算的影响,具备较高的鲁棒性和估算精度。最后,用d SPACE试验平台证明了所提方案的正确性和可行性,该研究为无轴承异步电机无速度传感器控制提供参考。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机无径向位移传感器控制

为实现单绕组磁悬浮开关磁阻电机的高性能径向位移自检测,研究一种基于自适应相关向量机的无径向位移传感器控制策略。基于相关向量机回归理论,将电机在有位移传感器运行条件下获得的磁链、电流、转角和位移作为样本数据,通过对样本数据的训练与学习,构建电机转子径向位移的非线性相关向量机预测模型。针对电机不同运行状态下的样本特性,提出了优化相关向量机模型参数的自适应算法,以进一步提高预测模型的泛化能力和估计精度。针对三相12/8极实验样机,设计闭环控制系统,开展相关的仿真和实验研究。结果表明所设计控制策略在仿真和实验条件下均能正确地估计出单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转子径向位移,且实时性较好、预测精度较高。

永磁同步电机无位置传感器复合控制算法研究

针对永磁同步电机无位置传感器控制技术在低速阶段存在额外损耗和位置估计延迟以及在中高速阶段存在对模型参数依赖较大的问题,提出一种全转速范围无位置传感器复合控制方法。采用高频注入法和自适应算法复合控制策略,利用加权算法实现了两种算法之间的平滑切换,建立复合控制算法的数学模型,运用Matlab/Simulink进行仿真分析。分析结果证明,该复合控制算法能够快速准确地检测出转子位置,实现零低速与中高速的平滑切换,提高了系统的动态响应性能,具有动态调节速度快,鲁棒性好等优点。

基于自适应遗传算法的异步电机无速度传感器矢量控制

无速度传感器是电机调速的一个新发展方向,它具有免维护、不受电机和传感器参数影响等优点。矢量控制技术已经发展到实用化阶段,在目前的矢量控制技术中,速度调节器和转矩调节器都采用常规的PI控制器。在工程应用中,整定PI参数较为困难。将遗传优化算法引入矢量控制的速度调节器的参数寻优中,采用自适应遗传算法整定PI参数,仿真结果表明,经遗传优化后的系统具有很好的静、动态性能和鲁棒性。

基于DE-RVM的开关磁阻电机无位置传感器研究

位置传感器的存在降低了开关磁阻电机可靠性与容错性,增加系统复杂度与成本.针对这一问题,提出了基于差分进化算法优化的相关向量机的开关磁阻电机转子位置估算方法.采用相关向量机(relevance vector machine,缩写RVM)建立电机转子位置角预测模型,并利用差分进化(differential evolution,缩写DE)算法优化组合核函数参数,发挥其全局最优、快速收敛等优点,实现电机电流、磁链、转矩、转子位置角间的非线性映射.结果表明,该方法能够在无位置传感器情况下实现开关磁阻电机转子位置在线估算,且估算精度较高、电机运行性能稳定.

基于小波网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制

通过对永磁无刷直流电机的无位置传感器检测原理和小波网络特性的分析,提出了基于小波神经网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制新方法.该方法构建小波网络模型,采用梯度下降法对网络进行训练.网络训练分为离线训练和在线训练,由离线训练初步确定网络隐层节点的小波平移因子、尺度因子及网络输出层权值,以滤波和逻辑处理后的网络输出信号为教师对网络输出层连接权进行在线调整.从而由电机的相电流、端电压映射出电机的换相信号,取代了传统的位置传感器.最后仿真及实验结果表明,该方法能得到准确的永磁无刷直流电机的换相信号.

假定旋转坐标系下的永磁同步电机无位置传感器算法研究

针对无位置传感器算法应用于恶劣工况时参数设计困难的问题,根据位置观测器应用需求进行局部传递函数理论分析,制定参数设计规则。结合基于小信号模型的稳定性分析方法,通过绘制位置观测器参数的特征根轨迹图,进一步确定系统层面下的参数选取范围。在此基础上,依据所得参数变化响应特性与整定规则,设计模糊控制器,提出了一种基于模糊PI的假定旋转坐标下无传感器算法。所提算法避免了实际应用中繁琐的参数调节,能显著提高无传感器电机系统性能。最后,在高速大功率离心压气机控制平台上验证了所提方案的有效性,动态升速角度观测误差0.05°,同时稳态转速波动能够控制在±0.02%。

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

永磁同步电机无位置传感器控制技术通常使用滑模观测器观测反电动势,进而获取转子位置和速度信息.为提升滑模观测器的性能,本文设计了一种改进型自适应超螺旋滑模观测器.首先,文章在超螺旋滑模观测器结构中增加观测误差的线性项,以提高观测器的动态性能.接着,为解决观测器增益在不同速域下参数不匹配的问题,本文提出一种观测器参数自适应调整策略,提升了观测器参数鲁棒性.在此基础上,采用同步参考系滤波器滤除输出信号的高次谐波,进一步提高观测精度.最后,仿真结果表明,与传统方法相比,本文提出的方法观测性能更好,鲁棒性更强.

新型无转速传感器矢量控制交流调速系统

采用了基于静止坐标系的速度观测器 ,并根据电流型逆变器的特点提出一种只需电压传感器即可实现转速估算的方案 .同时 ,为增强整个系统的鲁棒性 ,提出了一种基于新型遗传算法的自适应 PI控制器 .最后通过对整个系统的仿真研究 ,得到了一些有益的结论 。

无刷电机小波神经网络转子位置检测方法的研究

论文通过对无刷电机数学模型的推导,得出转角θ与三相相电压之间存在映射关系,因此构建了一个以三相相电压为输入,转角为输出的小波神经网络来实现转角预测,并采用改进遗传算法来训练网络结构与参数,借助MATLAB/SIMULINK工具对该方法进行验证,实验结果表明该方法在全程速度下效果良好。