电动助力自行车无位置传感器矢量控制

为满足无位置传感器电动助力自行车实际应用中的控制要求,提出一种结合反电动势过零检测和滑模观测器的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器矢量控制方法。在低速阶段,采用反电动势过零检测估计电机转子位置;当电机转速达到额定转速的10%时,切换到基于滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制。该滑模观测器引入Sigmoid函数及锁相环,提高了电机转子位置估计精度和动态性能。实验验证了其有效性和实用性。     

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统

设计并实现了一种将反电势估算值反馈引入到定子电流观测计算中的新型滑模观测器转子位置估算方法。为了简化调速系统硬件结构,设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器。基于对新型滑模观测器算法稳定性的分析,提出了反电势反馈增益系数的自适应算法,通过该系数的自适应调节可以实现不同速度运行时转子角度估算误差的补偿。引入锁相环控制对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的转速进行估算。建立基于新型滑模观测器算法的无传感器PMSM矢量控制调速系统并进行实验测试,试验验证了该新型滑模观测器估算方法能够在PMSM较低速运行时准确的估算出转子位置和速度,无传感器矢量控制调速系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点,且该无传感矢量控制算法简单、易于实现。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

研究了一种基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制方案。通过深入分析永磁同步电机(PMSM)的数学模型,提出用滑动模态观测器(SMO)对无位置传感器PMSM转速实现估算。由于引入低通滤波器易引起相位延迟,因此构建一个锁相环将观测的转子位置角和反电动势结合起来,以得到比较准确的转速。锁相环中的电机转速信息是由信号通过比例积分环节后得到的。仿真结果验证了控制方案的有效性和可行性。     

基于优化型滑模观测器的PMSM换相控制研究

为了提高正弦波永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制性能,研究一种优化型滑模观测器对PMSM反电动势进行估计,得到转子位置进而实现电机换相控制。为了得到平滑不含抖振的反电动势观测值,在优化型滑模观测器中构建一种新型切换函数代替传统符号函数。应用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,对优化型滑模观测器增益进行选取。仿真和实验表明,该方法能够准确估计PMSM反电动势和转子位置,实现了PMSM无位置传感器换相控制。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制

永磁同步电机(PMSM)的高性能控制需要提供转速及转子位置的精确信息。这些信息通常可以通过旋转变压器、光电编码器等机械传感器来测得。但是高性能的机械传感器价格较高,安装困难且难以适应恶劣环境。通过测量电机的电信号,根据获得的电信号和电机自身参数能够计算出转子的位置和电机转速信息。利用电机反电动势与电机转速之间的关系,设计了基于反电动势的滑模观测器来对电机转子位置及电机转速进行估算,从而实现表贴式永磁同步电机的无速度传感器控制。     

基于ESO的PMSM转子位置与转速估计

针对永磁同步电机(PMSM)无传感器控制系统,设计了一种新型的基于扩张状态观测器(ESO)的转子位置与转速观测器。利用自抗扰控制技术中的ESO能精确估计扰动的能力,将含有转子位置和转速信息的反电动势项视为扰动,将电流电压信号分别作为ESO的状态和输入,从而估计出反电动势。考虑到估计得到的反电动势中含有谐波和高频噪声的存在,设计锁相环(PLL)从反电动势中解算转子位置和速度信息。搭建了实验平台,和常用的滑模观测器(SMO)进行了对比,仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于反电动势PLL法的PMSM无传感器控制研究

为改善永磁同步电机(PMSM)无速度传感器低速系统的控制性能,介绍了一种反电动势和锁相环(PLL)法相结合的PMSM无速度传感器控制算法。首先利用检测得到的电压和电流进行数学建模,然后基于建立的数学模型对PMSM进行转子位置和转速估计,并采用PLL法进行转子位置跟踪,达到无速度传感器控制的目的。最后针对所提新型控制方法进行实验验证,结果验证了该估算方法能在PMSM较低速运行时准确的估算出转子位置和速度,无传感器矢量控制调速系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点,且该无传感矢量控制算法简单、易于实现。     

基于基波PWM激励的双三相永磁同步电机低速和零速无位置传感器控制

现有的针对双三相永磁同步电机(PMSM)的无位置传感器算法主要是依靠提取反电动势来估计转速和转子位置,在低速和零速的运行条件下将会失效。研究了一种基于基波脉宽调制(PWM)激励的双三相PMSM无位置传感器算法,在低速和零速运行条件下仍能准确跟踪转子位置。该方法利用双三相电机的数学模型和双三相电机的饱和凸极效应,提取包含在一个PWM周期电流变化率中的转子位置信息,从而实现无传感器控制。通过在仿真环境建立仿真模型验证了该算法的正确性。最后在双三相PMSM试验平台上验证了各种工况下算法的可靠性。     

基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制

常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计，然而，在电机频繁宽频域调速工况下，两种位置观测器频繁地切换，易导致估计的位置和转速振荡，并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐，增加了系统整定难度和算法复杂度。为此，该文提出了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先，通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后，建立了统一全速域模型，通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。在零速和低速时，通过向d轴注入高频电压，增加统一全速域模型中转子位置信息的信噪比，从而可以准确估计零速和低速区的转子位置，消除了传统高频注入法中由滤波器和延迟引起的估计误差。当电机在中高速区运行时，统一全速域模型自动蜕变为基频模型法，不需要两种位置观测器切换控制。最后，在2.0 kW内置式永磁同步电机实验平台上验证了算法的有效性。     

基于单观测器误差信息融合的永磁电机无传感器复合控制策略

针对无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM)全速域运行,传统的基于转速或位置信息融合的复合控制方法运算复杂度高、实现较为困难的缺点,该文提出一种基于标幺化位置误差信息融合的单Luenberger位置观测器复合控制方法。低速(零速)域和中高速域分别采用方波电压注入法和反电动势模型法获得标幺化位置误差信号;过渡区域通过速度信息对标幺化位置误差信号进行加权融合,采用单Luenberger位置观测器实现转子位置、转速实时观测。该复合控制方法能够实现IPMSM无位置传感器控制全速域运行,有效降低运算复杂度和观测器设计难度,算法实现较为简单。最后,通过2.2k W IPMSM无位置传感器矢量控制系统验证了所提出复合控制方法的有效性和实用性。     

An adaptive sliding-mode observer with a tangent function-based PLL structure for position sensorless PMSM drives

This paper proposes a position estimation strategy for the sensorless control of permanent-magnet synchronous motors (PMSMs) based on an improved sliding-mode observer (SMO) and a tangent function-based phase-locked loop (PLL) structure. The improved SMO adopts a rotor speed-related adaptive feedback gain, and is able to derive a flux model-based estimator that contains rotor position and speed direction information. To extract accurate rotor position from the proposed SMO and reduce position estimation errors in both forward and reverse rotation of the PMSM, a tangent function-based PLL structure is established. The proposed SMO together with the PLL structure realises a solution to position and speed estimation for sensorless PMSM drives. Compared with the conventional back electromotive force (EMF)-based position estimator, the proposed position estimation strategy has advantages of simple design and robust estimation performance at a wider speed range. Effectiveness of the proposed method has been validated with simulations on virtual platform.     

基于变趋近律滑模反电动势观测器的BLDCM无位置传感器控制

无刷直流电机（BLDCM）驱动系统应用于多电/全电航空飞行器,为电动燃油泵、冷却泵和电动刹车等提供动力输出。为满足BLDCM在复杂的电磁干扰以及极端温度等特殊环境工作的要求,提出了基于变结构控制策略的滑模反电动势观测器实现电机无位置传感器控制。使用变趋近律代替了传统滑模反电动势观测器的固定增益,并通过锁相环(PLL)得到电机转子位置和转速信息。仿真结果表明该方法可以有效抑制反电动势观测值的抖振,实现电机在中高速段的稳定运行,满足系统的快速性和鲁棒性要求。     

基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制

提出一种基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机(IPMSM)无传感器控制策略，拟用于永磁无轴承电机地无位置/速度传感器运行。定义了包含传统反电势及定子电感位置信息的扩展反电势(Extended EMF, EEMF)，以此建立静止坐标系中的IPMSM新型数学模型。通过滑模观测器对两相静止坐标系中分量EEMF的估算检测出转子的空间位置；基于Lyapunov函数分析观测参数的收敛性；采用模型参考自适应算法得到了转子的估算速度。实验运行验证了该无传感器控制策略的有效性。     

同步旋转坐标系下的BLDCM滑模观测器算法设计

为了实现无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)矢量控制系统中电机转子位置的准确估计,提出了一种基于同步旋转坐标系的滑模观测器算法。该方法直接在同步旋转坐标系中设计滑模观测器,以获取电机反电动势信息,再通过锁相环技术从估计的反电动势中提取电机转子的速度和位置角度信息。针对滑模观测器的高频抖振问题,采用饱和函数代替滑模观测器的符号函数。最后,通过仿真将所提算法与传统滑模观测器算法对比,并对所提算法进行实验验证。仿真与实验结果表明该算法能够准确跟踪转子的速度和位置,验证了所提算法的正确性与可行性。     

基于准滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对基于传统滑模观测器的无位置传感器控制抖振大、低速估算性能差等缺点,在分析永磁同步电动机(PMSM)数学模型的基础上,引入了一种新型准滑模观测器进行转子位置估算.切换函数采用饱和函数代替开关函数,通过选择合适的边界层厚度,有效削弱了抖振;并将估算反电势的反馈值引人到观测器模型,通过选择合适的反馈系数,提高了转子位置估算的精度,并扩大了其低速下的适用范围.仿真和实验结果证明了该方法的可行性和有效性.     

Potentiality of a new minimum‐order back‐EMF state observer taking acceleration into account for sensorless vector control of permanent‐magnet synchronous motors

This paper proposes new sensorless vector control methods for permanent‐magnet synchronous motors (PMSMs), which are based on a new minimum‐order back‐EMF state observer taking acceleration into account, and examines potentiality of the improved back‐EMF observer through experiments. Conventional sensorless vector control methods for PMSMs using an estimate of back‐EMF are established under the assumption of constant speed or zero acceleration, and consequently cannot operate properly at modes requiring rapid speed change especially in low speed region. On the other hand, the proposed back‐EMF observer has the following features: (1) it is a new back‐EMF state observer taking acceleration into account and requiring no additional approximation to motor mathematical model; (2) it is a minimum‐order state observer; (3) it utilizes motor parameters in the simplest manner; (4) it can be applied to both salient‐pole and non‐salient‐pole PMSMs; (5) it can be realized in both rotor and stator reference frames. Detailed designs and analyses for the improved state observer and the sensorless vector control systems in both rotor and stator reference frames are given. In relation to the sensorless vector control systems, this paper newly proposes a double‐integral‐type PLL method and an integral‐feedback‐type acceleration/speed estimation method. Their potentialities are examined through experiments. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(4): 78–92, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/ eej.20630     

基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

无刷直流电机(BLDCM)位置传感器的存在影响控制系统的可靠性、体积和成本,所以控制系统常采取无位置传感器的控制方法。提出了基于全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的无位置传感器控制策略,所提出的滑模观测器结合了非奇异终端滑模观测器(NTSMO)和线性滑模观测器的优点。该观测器引入了混合滑模面,具有全局快速收敛性和较好的跟踪精度,减少了常规滑模观测器的相位滞后问题,提高了转子位置与速度的估算精度。设计了高阶滑模控制律,保证观测器的稳定性并抑制抖振现象,可以得到平滑的反电动势信号。实验结果表明,所提出的控制策略能够准确估计得到无刷直流电机的线反电动势,加快收敛速度,系统具有较好的静、动态特性。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。     

无刷直流电机无位置传感器转子位置自检测复合方法

基于对定子铁心饱和法和滑动模态观测器法转子位置自检测原理和特性的讨论,提出了一种能在全速范围内(包含零速在内)实现转子位置准确检测和控制的复合方法.零速时采用定子铁心饱和法判断转子初始位置并起动,低高速时设计了一种新的准滑动模态观测器控制算法,它将反电动势估算值反馈到定子电流的观测计算中,相比传统的滑模观测器算法,它可以通过选择合适的反馈值提高转子位置角的估算精度和系统的稳定性,并且切换函数采用饱和函数代替开关函数,可以通过选择合理的边界层厚度有效地削弱抖振.以一台表面式无刷直流电机为对象进行实验,实验结果表明该转子位置自检测复合方法能够在全速范围内有效地估算转子位置信息,是实现无刷直流电机无位置传感器运行的一种实用方法.     

基于改进ASMO的永磁同步电机无传感器控制策略

针对永磁同步电机(PMSM)无传感器控制系统中存在滑模高频抖动,转子位置估算误差较大等问题,在传统滑模观测器(SMO)的基础上,提出了一种改进自适应滑模观测器(ASMO),并使用Lyapunov定理证明了该观测器的稳定性。通过采用分段指数函数代替传统开关函数,结合锁相环(PLL)技术从反电动势中提取转子位置和转速信号,可以有效抑制抖振,减小观测误差。MATLAB仿真结果表明:与传统SMO相比,改进后的ASMO受转速变化影响较小,具有更高的精度和良好的动态性能。     

基于滑模观测器的永磁同步电动机无传感器控制研究

针对永磁同步电动机无传感器控制,本文研究了适用于永磁同步电动机中高速运行的滑模观测器,该观测器采用饱和函数抑制抖振,可以准确地估计转子位置及转速.应用滑模观测器估算出a-β轴反电势,然后计算出转速及位置信号,与给定的转速信号比较,闭速度环,经过PI调节得到准确的电压参考信号.应用TMS320LF2407A数字信号处理器...