基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

针对机械位置传感器给永磁同步电动机(PMSM)调速系统带来成本高,可靠性低、不易维护等同题,采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行.该方法给电机定子绕组注入脉振高频电压信号.利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出转子位置信号,实现控制系统的无传感器运行.实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步电机无传感器矢量控制的可行性和有效性.     

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。     

基于高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机控制

低速运行控制是无传感器永磁同步电机控制系统的关键技术之一。为提高无传感器PMSM矢量控制系统的低速性能,深入研究了一种基于高频脉振电压注入的转子位置估计方法。在估计的转子参考坐标系中注入脉振的高频电压信号,通过检测IPMSM定子侧的高频电流响应并对其进行适当的信号处理,获得了估计的转子位置和转速,实现了采用高频脉振电压注入法的无传感器速度控制。仿真结果表明该方法对电机转子位置和转速都具有良好的跟踪效果,能够使电机稳定有效地运行在低速甚至零速度状态。     

基于高频信号注入的PMSM低速无传感器控制

为了获得表贴式永磁同步电机零速或低速时的转子位置,根据电机的高频模型,深入研究了一种基于脉振高频信号注入的无传感器控制方法。该方法首先向同步旋转的轴注入脉振高频电压信号,使得电机具有一定的凸极性;然后提出了一种转子磁极极性的判断方法,能够有效的检测出转子的初始位置,保证电机的顺利起动;最后使用转子位置跟踪观测器检测定子侧高频电流响应,经处理后提取出估计的转子位置和速度,实现了无传感器矢量控制。仿真结果验证了该方法在零速和低速时能够比较准确的实现转子位置和速度的检测。     

永磁同步电机转子位置辨识研究

传统脉振高频电压信号注入法在估计永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)转子位置时,因无法辨识转子N/S极而存在位置估算可能相反的问题。利用电机磁场的饱和效应,提出了一种新型转子位置辨识方法,通过分析包含转子位置误差信息的二次高频电流分量,对转子永磁体磁极极性进行判别,结合传统方法,准确辨识出转子位置。对一台凸极式PMSM进行了转子位置估计实验,验证了该方法的有效性。     

基于高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器技术研究

以隐极式永磁同步电机为研究对象,通过建立高频信号注入时永磁同步电机的响应模型,研究了基于高频脉振的方波电压注入方法,并利用三角函数运算的方式对转子角度和转速进行估计。相比传统的基于高频正弦电压注入转子位置观测方法,其可以有效减少低通滤波器的使用个数,实现转子角度的无延迟估计,提高系统的控制带宽,加快系统的快速响应性能。通过仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制

针对零低速下内置式永磁同步电机的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差等问题,提出了一种滑膜控制下的基于脉振高频注入法的无位置传感器控制方法。基于电机的固有或人为的凸极效应,脉振高频注入法对电机的基波方程和参数没有依赖性,可有效估算出包括零速在内的电机转子位置和速度,实现永磁同步电机的无速度传感器控制。仿真结果表明,内置式永磁同步电机在滑模控制下能在低转速突变、负载转矩扰动的情况下,快速、准确估算转速和转子位置,动态性能好,鲁棒性强。     

基于高频电流注入法的SPMSM初始位置检测

提出了一种基于脉振高频电流信号注入法的表贴式永磁同步电机的初始位置检测方法.通过在电机估计直轴注入一个高频电流信号,再检测电机估计交轴的高频电压响应,得到转子位置误差角信息.通过PI调节器将该误差调节至零,从而实现了表贴式永磁同步电机的初始位置检测.对该方法进行了理论推导和仿真,并在试验平台上进行了验证.试验结果表明,该方法可较精确地得到电机的初始位置,并具有结构稳定、易于实现的优点.     

基于高频脉振电压注入法的永磁同步电机控制策略

脉振高频电压注入法可以实现电机无速度传感器控制在零速和低速范围内的转速估计,但其信号的处理过程较复杂,影响其动态性能。基于脉振高频注入法的基本原理,根据电机数学模型,优化脉振高频注入法的电流信号处理过程,减少滤波器的使用,减小转子转速估算时间,简化系统的结构,提高系统运行的动态性能。搭建面贴式永磁同步电机仿真模型并进行仿真,结果表明,与优化前相比,信号处理优化后的脉振高频注入法具有响应速度更快,降低系统误差等优点,验证了此方法的有效性。     

基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法.文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行.实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能.     

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。     

永磁同步电动机DTC的初始转子位置估计方法

高性能的永磁同步电动机直接转矩控制需要准确知道电机的初始转子位置,如果初始转子位置估计误差超过了30°电角度,会导致电机起动失败。在永磁同步电动机数学模型的基础上,利用注入高频信号的方法来实现对凸极式永磁同步电动机初始转子位置的准确估计。该方法通过向定子绕组注入高频电压信号,对产生的高频电流分量进行分析和处理,并加入电机的磁极检测,从而实现对永磁同步电动机转子初始位置的准确估计。仿真结果证明了该方法可以准确地估计出永磁同步电动机初始转子位置,具有较好的鲁棒性。     

基于滑模观测器的无位置传感器PMSM控制研究

在无位置传感器的永磁同步电机控制策略中,采用观测器通过电压和电流来观测转子位置而取代位置传感器是一种有效的策略,但这种策略在零速及附近的低速范围内存在观测死区。提出一种将电机的它控和自控方式相结合的控制策略,在零速及附近的低速范围内采用它控方式,电机按照压频比控制并在观测器能够观测出转子位置后切换到自控方式而实现空间电压矢量控制。研究表明这种方式能够解决观测器方式在零速及附近的低速范围内存在预测死区问题,适用于对低速控制性能要求不高的风机以及泵类等的永磁同步电机控制。     

基于新型探测线圈的永磁电机转子失磁故障在线监测方法

在永磁同步电机(PMSM)靠近定子侧的气隙中布置特殊节距及联接方式的新型探测线圈,转子局部失磁故障会在其端口引起特定频率的交流电压,理论上可作为转子失磁故障的判据。由于电机实际运行中转速的波动和采样频率的限制,采用传统信号处理方法难以准确提取探测线圈电压采样信号中的故障特征频率,可能会将转子失磁故障误判为定子内部短路故障。因此提出借助现代功率谱估计算法中的最小二乘旋转参数不变估计结合模拟退火算法,即使在转速扰动造成非整周期同步采样的情况下,也能够准确计算出探测线圈电压监测信号中各种分量的实际频率和有效值等,在此基础上提出了一种PMSM转子局部失磁故障的在线监测方案。通过样机实验,验证了这种在线监测方案的可靠性和灵敏性,为PMSM的安全运行提供了更完善的保障。     

永磁同步电机无位置传感器控制系统

针对传统永磁同步电机无位置传感器控制系统在低速段不能正常实施的问题,提出了一种简单但有效的永磁同步电机无位置传感器控制方法.通过在电机定子绕组中注入高频电压,利用电机的凸极效应,及对电机绕组端电流的处理计算,准确地计算出电机的转子位置和转速,实现无位置传感器控制.为了解决永磁同步电机的启动问题,提出了在电机静止状态下检测转子初始位置的新方法.仿真结果显示了所用方法的有效性和可行性.     

永磁同步电机转子磁位自检测复合方法

针对永磁同步电机转子磁位和速度检测问题,提出了将脉振高频电压信号注入法和模型参考自适应法有机结合的新型无速度传感器的复合方法,建立了无传感器矢量控制系统.通过设计速度切换器,实现了两种方法间的平滑切换.解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题,使系统实现了包括初始磁位在内的转子位置和速度的精确检测和控制.仿真结果表明,该复合方法能可靠的实现永磁同步电机全速度范围内的起动和运行.系统具有优良的动态、稳态性能.     

基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)初始位置检测中,传统的基于凸极跟踪的短脉冲电压注入法难以确定脉冲宽度和幅值、实现困难、二次谐波分量法信噪比低的缺点,提出一种基于无滤波器方波信号注入的IPMSM初始位置检测方法。首先通过向观测的转子d轴注入高频方波电压信号,采用无滤波器载波信号分离方法解耦位置误差信息,通过位置跟踪器获取磁极位置初定值;然后基于磁饱和效应,通过施加方向相反的d轴电流偏置给定,比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识;最后,通过2.2k W IPMSM矢量控制系统对提出的基于无滤波器方波信号注入的初始位置检测方法进行实验验证。结果表明,所提方法收敛速度较快,可在IPMSM转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识和低速可靠运行,位置观测误差最大值为6.9°。     

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。     

Sensorless drive of surface-mounted permanent-magnet motor by high-frequency signal injection based on magnetic saliency

This paper presents a new sensorless control scheme of a surface-mounted permanent-magnet (SMPM) motor using high-frequency voltage signal injection method based on the high-frequency impedance difference. In the SMPM motor, due to the flux of the permanent magnet, the stator core around the q-axis winding is saturated. This makes the magnetic saliency in the motor. This magnetic saliency has the information about the rotor position. The high-frequency voltage signal is injected into the motor in order to detect the magnetic saliency and estimate the rotor position. In this paper, the relationship between the high-frequency voltages and high-frequency currents is developed using the voltage equations at the high frequency, and the high-frequency impedance characteristics are analyzed experimentally under various conditions. The proposed sensorless control scheme makes it possible to drive the SMPM motor in the low-speed region including zero speed, even under heavy load conditions. The experimental results verify the performance of the proposed sensorless algorithm.