永磁同步电机低速区无位置传感器控制技术研究

针对传统无位置控制技术在低速区所存在的收敛性差、观测精度低等问题,进行了方案对比研究:采用高频注入式的无位置控制技术具有不依赖电机参数、可以结合矢量控制技术实现高性能调速的优点,但存在需要实现较为复杂的滤波器来进行信号辨识,同时所注入的高频信号会引起一定振动和噪声等问题。与此相比,提出一种新型的开环式无位置控制技术,其原理简单、不需要复杂的控制算法、不依赖电机参数以及凸极效应,并实现负载转矩的自适应调节。缺点是负载突变时存在转速振荡问题。因此,低速区方案的合理选择,需要依据控制系统的低速性能要求以及系统成本。

卡尔曼滤波用于低速下PMSM检测转子位置

将卡尔曼滤波理论和高频信号注入法结合起来,利用高频信号注入法检测电机凸极效应跟踪转子位置,设计卡尔曼位置观测器,消除系统噪声和测量噪声的影响,来准确观测低速及零速情况下无位置传感器永磁同步电机的转子位置。通过仿真验证表明,在有系统噪声和测量噪声的情况下,基于卡尔曼位置观测器的脉动高频信号注入法能够有效去除干扰噪声,精确地跟踪转子位置。

无刷直流电机反电势过零检测新方法

无位置传感器无刷直流电机在高速段时反电势信号过大,容易造成检测电路无法正常工作甚至损坏,而在较低速段时,反电势信号又难以有效检测。针对反电势过零检测在极端速段的问题,提出了一种反电势过零检测新方法。在三相采样等效电路上分别并联一组三极管控制的电阻分压开关电路,参考电机转速线性调节控制信号占空比,以此控制三极管通断,从而调节电阻分压开关电路阻值,可以避免高速时反电势幅值高于检测电路供电电压的危险。同时,根据控制信号占空比切换低速区与高速区反电势采样方式,能有效改善在低速区时反电势过零检测效果。实验结果表明,提出的反电势过零检测新方法能保证电机工作于更宽的转速范围内。

一种光电稳定平台摩擦力新型补偿方法

为了进一步补偿摩擦力改善光电平台稳定精度,在经典控制方法的基础上提出一种基于摩擦模型的新型补偿方案。首先,分析传统方法抑制摩擦力的过程,提出在低速时用编码器及陀螺融合估计速度的方法改进Karnopp摩擦模型,提升零速附近的补偿能力,其次,引入扩张观测器观测并补偿系统模型与补偿模型之间的误差,以解决实际工作中系统摩擦特性随环境等因素发生漂移变化造成补偿效果下降的问题,提升补偿方法的鲁棒性。最后,为了验证该方法的有效性,在三轴摇摆台上进行速度稳定实验及稳定精度测试实验。研究结果表明:基于摩擦模型的新型补偿方法提升了零速度附近的补偿能力,速度稳定度提高了67%,隔离度提高了58%,且在摩擦模型参数摄动10%时,仍能维持较好的隔离度,表现出较强的鲁棒性。本文方法中改进型Karnopp模型与线性扩张观测器调试辨识参数少,易于工程应用,对光电平台摩擦力补偿改善稳定精度有较高实用价值。

兰新高速铁路高寒地段路基温度场数值模拟分析

兰新高铁浩门至大梁区间所处地区海拔高,气温低,冻结期长,属于深季节性冻土区。为解决该区间路基冻害问题,依据当地气候条件,运用ANSYS有限元分析软件,对低路堤、零断面换填路基及不同深度处铺设保温材料的路基温度场进行数值模拟,分析路基冻结深度的变化规律和最大冻结深度,为高寒区高速铁路路基冻害防治措施设计提供参考。研究表明:(1)由于兰新高铁浩门至大梁区间海拔高、冬季冻结时间长、气温低等原因,导致路基冻结深度大;(2)零断面换填路基实测地温和数值模拟计算结果基本相符,所选计算模型、参数等可以为其他相同条件断面数值模拟分析采用;(3)铺设保温板路基温度场较未铺设保温板的0℃线上移,冻结深度增加速率变小,最大冻结深度明显减小,路基保温效果较好;(4)由于路基边坡、基床以下部位土层性质、厚度、热物理参数等影响,低路堤最大冻结深度比零断面换填路基大。