基于直流电压注入的永磁同步电机定子绕组温度在线估计

提出一种新的永磁同步电机定子绕组实时温度在线估计方法。该方法无需温度传感器,也无需改变电机驱动系统的硬件,仅需在矢量控制中向α轴注入直流电压信号,通过在线辨识定子电阻并结合金属材料温度与阻值的线性关系实现定子绕组实时温度的估计。该方法特别适用于大功率电机,注入较小的信号即可在相绕组上产生相对较大的直流电流,减小了在交流相电流中提取直流电流分量的难度和温度估计误差。提出三种定子电压直流分量的获取方法,并给出讨论分析和对比结果,其中直接采用所注入信号实现温度估计的方法,无需对相交流电压采样和后处理得到直流分量,估计精度较高。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于脉振高频注入法的永磁同步电机初始位置检测优化算法研究

对脉振高频注入表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machines,SPMSM)无传感器控制系统初始位置检测,传统的高频脉振电压信号注入法是把脉振高频电压信号注入估计的转子参考坐标系中,检测永磁同步电机定子侧的高频电流响应,在此基础上,针对滤波器提取位置信息中会使信号延迟、电流环带宽减小等情况,根据电机的数学模型,在高频电流信号的处理过程中减少滤波器的使用,简化了系统结构,减少了转子和转速的估测时间,可以得到估计的比较准确的转子位置和转速,实现电机无速度传感器在零低速范围内的转子位置估计。最后用Matlab/Simulink平台对优化后的电机系统进行了仿真分析,实验结果证明与传统的方法相比优化后的永磁同步电机无传感器控制系统的精度和稳定性得到提高。     

无位置传感器控制下的永磁同步电机电阻在线辨识

提出一种在全速域内实现永磁同步电机无位置传感器控制及定子电阻在线辨识的方法。利用高频方波注入法实现电机零、低速无位置传感器运行,在中、高速时则切换至同步轴系滑模观测器。定子电阻与绕组温度、控制性能紧密相关,在静止两相坐标系下注入直流扰动电流并对其进行闭环控制,通过欧姆定律计算定子电阻。所提方法不依赖其他电机参数,对系统运行影响小,且适用范围广。仿真结果表明其精度达±5%,可用于绕组温度监测以及改善无位置传感器控制的性能。     

基于信号注入的极低速PMSM无速度传感器控制

介绍了一种极低速段永磁同步电机无速度传感器矢量控制方法.该方法基于低频信号注入,通过注入低频定子电流信号,利用产生的电压响应估计电机转速,不依赖于永磁同步电机的非理想特性,仅利用基波模型就可实现转速估计.因此,该方法不仅适用于内埋式永磁同步电机,还适用于表面式永磁同步电机.通过理论分析及大量的仿真实验证明,提出的低频信号注入方法可以很好地实现表面式永磁同步电机在极低速甚至零速区的无速度传感器矢量控制.     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速估计方法研究

研究了利用扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter, EKF)对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)矢量控制系统进行参数精确估计的方法。通过引入定子电流和电压,在线估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,进而实现永磁同步电机的无传感器控制。仿真结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链,所构建的无速度传感器矢量控制系统具有良好的控制性能。     

永磁同步电机新型转子位置估计误差补偿策略

分析了传统永磁同步电机脉振高频电压注入法采用传统调制信号下,定子电阻与电感参数的不同匹配对电机转子位置估计系统稳定性的影响,表明不同的电阻与电感参数匹配易造成电机转子位置估计系统不稳定。针对该问题,利用锁相环技术锁定交轴高频电流响应相位,构造新型同相位的调制信号用于对高频交轴电流响应的处理,保证电机转子位置估计系统为稳定的负反馈系统。与此同时,提出新型转子位置估计误差补偿策略,有效避免转速升高情况下反电动势项以及交叉耦合项造成转子位置估计误差增大的问题。实验结果验证了新型转子位置估计误差补偿策略的有效性和实用性。     

考虑等效电磁损耗电阻偏移的永磁同步电机直流信号注入在线参数辨识方法

在实际运行过程中，永磁同步电机的电气参数将受到温度、磁饱和等诸多物理因素的影响而发生偏移，进而影响到效率最优控制、电流解耦控制等优化算法的运行效果。因此，为实现高性能电机控制，永磁同步电机的多电气参数在线辨识显得尤为重要。然而，现有参数辨识方法并未考虑铁磁损耗的影响，更未关注铁磁损耗随电流的偏移情况，所以在辨识精度上仍存在提升空间。对此，该文综合考虑铁磁损耗、铜损，将其集总为电磁损耗，并基于串联电磁损耗电阻模型，提出一种考虑等效电磁损耗电阻偏移的永磁同步电机直流信号注入在线参数辨识方法。该方法首先提出等效电磁损耗电阻随电流偏移的电机模型；其次由此设计同时考虑磁饱和、等效电磁损耗电阻偏移的直流信号注入在线参数辨识方法；由于待求解方程组较多，采用最小方均算法进行参数求解；最后通过实验测试所提方法的准确性，测试结果表明，与正弦信号注入法、传统直流信号注入法相比，所提方法的参数精度有所提升。     

基于扰动转矩观测器PMSM无位置传感器控制系统

使用控制算法实现永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制是目前电机控制领域研究热点。提出一种基于低速脉冲高频定子磁链注入的PMSM无位置传感器控制系统,并对传统定子磁链估计器进行改进,将高频信号引入低通滤波器中以提高电机低转速运行时定子磁链估计器的精度。针对PMSM中低速运行时无位置传感器控制系统易受转矩脉动影响的情况,采用扰动转矩观测器来抑制扰动转矩产生的电压误差。通过试验来验证所提方案的有效性和可行性。     

基于磁链叠加高频信号的PMSM速度位置观测法北大核心

针对永磁同步电动机能够在零低速条件下实现无传感器运行,提出了一种高频定子磁链注入方法来对电机运行中的速度与位置信号进行提取。在控制系统本身要对转矩以及定子磁链观测的基础上,利用该优势建立负载角观测器并推导位置误差角计算方法,最后使用锁相环原理提取出转子的位置及运行转速。仿真表明,该方法可以实现在永磁同步电机低速下转子速度位置的准确观测,同时在转速与负载突变的情况下也有稳定的观测结果。     

无轴承永磁同步电机无速度传感器控制系统

基于无轴承永磁同步电机的矢量控制系统,提出了采用扩展卡尔曼滤波器实现无速度传感器运行的控制策略。通过测量电机的端电压和流过定子线圈的电流在线估计电机转子的速度,实现具有较强自适应和抗干扰能力的无轴承永磁同步电机无传感器调速系统。建立了无轴承永磁同步电机状态方程及扩展卡尔曼滤波器速度估计离散算法。在MATLAB／Simulink环境下构建了无速度传感器运行仿真系统,对速度的辨识、电机的动态特性进行了仿真。仿真结果表明：扩展卡尔曼滤波器的速度辨识精度较高,具有良好的鲁棒性,基本满足无轴承电机无传感运行的要求。     

无轴承永磁同步电机无速度传感器控制系统

基于无轴承永磁同步电机的矢量控制系统,提出了采用扩展卡尔曼滤波器实现无速度传感器运行的控制策略。通过测量电机的端电压和流过定子线圈的电流在线估计电机转子的速度,实现具有较强自适应和抗干扰能力的无轴承永磁同步电机无传感器调速系统。建立了无轴承永磁同步电机状态方程及扩展卡尔曼滤波器速度估计离散算法。在MATLAB/Simulink环境下构建了无速度传感器运行仿真系统,对速度的辨识、电机的动态特性进行了仿真。仿真结果表明:扩展卡尔曼滤波器的速度辨识精度较高,具有良好的鲁棒性,基本满足无轴承电机无传感运行的要求。     

基于位置三角信号注入的永磁同步电机磁链在线辨识

针对永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM)数学模型欠秩性质引起转子磁链和定子电阻之间的耦合,导致基于模型法的磁链在线辨识困难的问题,该文提出一种基于位置三角信号注入的磁链在线辨识方法,该方法在转子位置(电角度)上注入正负对称三角波信号,利用注入信号分别为正、负时的直轴电压响应相减,实现磁链与电阻之间的解耦,建立磁链辨识的全秩方程,然后结合扩展卡尔曼滤波器算法,构建磁链观测器,实现磁链在线辨识。注入信号后电机的交、直轴电流和转矩的扰动很小,适用于内置式永磁同步电机(interior PMSM,IPMSM)和表贴式永磁同步电机(surface-mounted PMSM,SPMSM)。此外,该方法消除逆变器非线性因素对辨识精度的影响。最后,在1.5kWIPMSM系统和2.2kWSPMSM系统上进行实验验证,结果表明该文提出的磁链在线辨识方法准确有效。     

基于磁链叠加高频信号的PMSM速度位置观测法

针对永磁同步电动机能够在零低速条件下实现无传感器运行,提出了一种高频定子磁链注入方法来对电机运行中的速度与位置信号进行提取。在控制系统本身要对转矩以及定子磁链观测的基础上,利用该优势建立负载角观测器并推导位置误差角计算方法,最后使用锁相环原理提取出转子的位置及运行转速。仿真表明,该方法可以实现在永磁同步电机低速下转子速度位置的准确观测,同时在转速与负载突变的情况下也有稳定的观测结果。     

基于PMSM的二阶滑模无位置传感器控制

在永磁同步电机传统滑模观测器(SMO)无位置传感器控制方案中,针对其因符号函数带来的抖振现象以及因一阶低通滤波器带来的相位滞后问题。根据Super-twisting算法设计了二阶滑模观测器(STASMO)无位置传感器控制方案,该方案不仅有效地抑制了抖振现象,而且取消了一阶低通滤波器的使用。当电机运行时,定子电阻会随着电机内部温度的升高而改变,故设计了合理的定子电阻观测器来实时观测定子电阻,从而避免了定子电阻对无位置传感器控制方案估计精度的影响。最后通过对所提方案进行系统模型搭建与仿真分析,从而证明了所提方案对电机位置和转速具有较高的估计精度。     

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机（PMSM）高频注入无感算法在估算电机角度时容易产生滞后而影响转速控制精度的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制的永磁同步电机无传感器控制策略。通过使用简化的线性自抗扰控制算法,对永磁同步电机速度闭环进行优化控制,同时采用高频正弦电压注入的无传感器角度观测算法,获取电机转子的角度及转速信息。最后,通过仿真分析与实物试验,验证了该控制策略可以有效提高永磁同步电机转子角度与转速的估算精度,提升系统的控制效果,且具有较好的工程应用前景。     

高频脉振电压注入法的转子位置估计误差补偿

在考虑定子电阻及交叉耦合项的条件下对高频脉振电压注入法进行理论分析,推导出转子位置误差表达式,并对估计位置进行误差补偿,提出了高频脉振电压注入法的位置估计误差补偿策略。该方法与传统的脉振高频电压注入法相比,考虑并减小了定子电阻以及交叉耦合项的影响,使高频脉振电压注入法对永磁同步电机运行在中低速下时的转子位置估计更加准确。仿真验证结果表明了该方法的有效性。     

基于神经网络的永磁同步电机多参数解耦在线辨识

为消除永磁同步电机数学模型欠秩性而引起的在线多参数辨识时的耦合影响,本文提出了一种矢量控制策略下的d轴负序电流瞬时注入神经网络解耦辨识方法,结合最小均方权值收敛算法,在线辨识出了表贴式永磁同步电机的电感、定子电阻和转子磁链,并通过增加网络结构中节点的方法削弱了逆变器压降、死区等因素对参数辨识精度的影响。实验结果验证了算法的有效性,在不影响电机系统正常运行的同时,实现多参数快速辨识,且具有较好的辨识精度。     

永磁同步电机转子初始位置的静止型估计

针对传统永磁同步电机转子初始位置静止型辨识方法的注入频率过高和电流不可控等问题,提出了一种基于正弦电流注入的估计方法。在电流闭环控制的基础上,当给定子注入正弦电流时,永磁同步电机的凸极效应与转子磁极方向的非线性磁路饱和特性使得电流环控制器输出电压中含有转子磁极位置信息与极性信息,可分别用于转子磁极的初次辨识角度估计和极性判断。该方法消除了定子电阻与电感的影响,降低了注入正弦电流的频率要求,且可控的定子电流有效防止因电流过大而损坏变频器或因电流过小而影响估计精度。内嵌式永磁同步电机Matlab仿真和永磁同步电梯曳引机实验均验证了该方法的可行性。     

基于响应面法的电动汽车用非晶合金永磁同步电机优化设计

为提升电动汽车用永磁同步电机效率,提出采用高磁导率、低损耗非晶合金定子铁心代替传统硅钢定子。首先,基于有限元法分析直接替换现有硅钢定子的永磁同步电机转矩性能不达标,其次,在外形尺寸、槽面积不变及转矩性能不降低的前提下,以效率为优化目标,以定子齿宽以及永磁体宽度为优化变量,采用响应面法对非晶合金定子永磁同步电机进行优化设计。最后通过优化前后效率及转矩对比,说明了非晶合金电机在效率提升方面的优越性。     

基于静止轴系脉冲信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略

高频信号注入法是永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无传感器控制系统零低速运行的主流解决方案;然而,额外信号注入所导致的附加高频噪声限制该方法的进一步应用。针对这一问题,该文研究一种基于脉冲电压注入的永磁同步电机无传感器控制策略以降低高频附加噪声影响。从驱动系统整体控制性能出发,设计注入脉冲信号形式,并提出一种采用二次电流差分的位置信号解调方法。为解决位置正交信号更新频率低导致的观测位置精度低、纹波明显的问题,提出一种基于二次插值法滤波的位置观测精度提升策略,实现无滤波器高频纹波的有效抑制,并在2.2kW永磁同步电机实验平台上验证所设计方案的有效性。