基于转子高频脉动电流注入的同步电动机无位置传感器型直接转矩控制

为了实现直接转矩控制电励磁同步电机(electrically excited synchronous motor,ESM)驱动系统零转速及极低转速时无位置传感器运行,提出一种新型转子位置角观测器。首先在转子回路注入高频脉动电流;其次,为了仅在d轴方向产生定子高频脉动电流,利用电磁转矩闭环在电磁转矩中注入同频率的高频脉动分量;最后借助于锁相环原理观测出转子位置角。利用磁链的电流模型和观测位置角,计算出定子磁链及电磁转矩,并构建无位置传感器直接转矩控制系统。实验结果表明所提无位置传感器驱动系统任何负载时均可以稳定运行于零转速及极低转速。     

电励磁同步电机转子高频电流信号提取无速度传感器控制

建立了电励磁同步电机高频电压信号注入转子位置辨识模型,对比分析了定、转子绕组分别注入高频电压信号时包含转子位置信息的感应电流信号提取滤波器的设计问题。在此基础上,提出定子q轴高频电压注入,利用转子感应的高频电流信号辨识转子位置角方法。针对晶闸管相控整流供电的转子电流谐波含量分布特征,设计特定频率陷波器和高截止频率低通滤波器,实现转子有效高频电流信号快速提取。通过软件锁相环获取准确的转子位置和转速信息,实现了电励磁同步电机宽调速范围无速度传感器控制。实验结果表明所提的控制方案算法简单,易于实现,具有良好的低速性能和快速的转矩响应特性。     

基于负载转矩观测的永磁同步电机抑制转速脉动控制方法

在电机调速系统中,需要抑制由负载转矩的周期性波动引起的转速脉动,单纯依靠转速调节器难以获得理想的转速脉动抑制效果。对于无法安装位置传感器的永磁同步电动机,只能通过软件观测转子的转速和位置,更加大了抑制转速脉动的控制难度。本文采用一种基于假设旋转坐标系的无位置传感器观测方法,对转子位置和转速进行观测,并通过转速信息进一步观测负载转矩中的周期性脉动分量。在此基础上,提出一种负载转矩电流前馈补偿方法,依据观测得到的负载转矩波动幅值对电动机转矩电流的给定值进行相应的前馈补偿,从而抑制转速脉动,明显提高了转速调节器的控制性能。通过带模拟空调压缩机负载实验,验证了所提方法的有效性。     

永磁同步电机电流控制模型的无传感器运行

传统基于扩展反电势估算转子位置和转速的永磁同步电机无位置传感器控制系统,其扩展反电势幅值易受负载转矩变化影响,使得电机转子位置和转速估算不精确。针对该问题,基于实际电机电流值与模型电机电流值之差,提出γ-δ旋转坐标系下的永磁同步电机无位置传感器电流控制模型算法。新型电流控制模型算法包含模型转速和γ-δ轴估算转速,通过δ轴电流误差求取模型转速,对模型转速补偿处理得到轴估算转速。在此基础上,对轴估算转速补偿后积分处理得到转子位置估算,从而获得准确的电机转速,避免了扩展反电势的求取。仿真和实验结果表明新型电流控制模型算法负载转矩波动下动态转矩性能良好,对电机内部参数摄动和外部干扰具有鲁棒性。     

一种新颖的感应电动机控制仿真研究

矢量控制是基于旋转坐标实现感应电动机的交、直轴电流的解耦控制,状态变换需要计算转子转差或转子磁链角的位置.提出了一种新颖的感应电动机解耦控制方案,该设计方法可以实现快速的转速、转矩和磁链的跟踪.与传统控制方法相比,该方法避免了转子转差或转子磁链角位置的计算.仿真结果证明了该设计方法的有效性.     

两相导通型永磁无刷直流电机低速瞬时转矩观测

针对无位置传感器两相导通型永磁无刷直流电机(BLDCM)低速情况下观测瞬时转矩问题,提出一种无位置传感器BLDCM两相导通模式下注入高频电流连续观测瞬时转矩新方法。基于两相导通模式下电机的高频信号模型,构建转子位置角观测器,得到转子位置角观测值;根据瞬时转矩与转子位置角、反电动势系数及定子电流之间的函数关系,连续观测出瞬时转矩。为了消除交轴电感变化对瞬时转矩观测的影响,基于高频信号模型进一步观测出交轴电感,并对瞬时转矩观测模型中电感值进行实时更新。实验结果表明,采用所提瞬时转矩观测器允许驱动系统无位置传感器方式运行于低转速,甚至零转速。     

对转永磁同步电机直接转矩控制

针对对转永磁同步电机在双边转子负载不平衡情况下运行时易出现双转子失步的问题,本文在分析对转永磁同步电机数学模型和空间磁链矢量关系的基础上,提出一种基于转矩角的双转子直接转矩控制策略。所述方法以转矩角控制为出发点,在双边转子负载不平衡时,通过观测双边转子转矩角并加以限制,实时调节定子磁链位置,控制转矩角在限定范围内,实现对双边转子转矩的分时调控。仿真与实验结果表明,本文提出的控制策略能保持双边转子转速同步跟踪给定转速,有效防止系统受到不平衡负载扰动时出现双边转子失步的现象。     

基于改进型ESO的表贴式永磁同步电机无位置传感器控制

针对表贴式永磁同步电机的中、高速段无位置传感器控制,提出了在两相静止坐标系下构建以电流为主变量的扩张状态观测器进行转子位移角估计及构建以转子位移角为主变量的改进型扩张状态观测器进行转速估计的方法.该方法得到的转子位移角和转速估计值不受电机电阻参数变化的影响,且实现简便,可与采用PI控制的转速、电流双闭环矢量控制系统结合.仿真及试验结果表明,该方法估计的转子位移角和转速的精度较高,具有较高的实用价值.     

基于改进型简化磁链法的开关磁阻电机无位置传感器速度控制

传统的简化磁链法需要以单相轮流导通和电流斩波控制为前提条件,其中单相轮流导通即在换相角处关断当前相的同时开通下一相的条件使系统的开通和关断角之间存在耦合,不利于在进行无位置传感器速度控制同时实现效率优化或转矩脉动最小化等要求。为此,本文提出了能够任意给定开通角且其与关断角无关的改进型简化磁链法,并以此搭建了开关磁阻电机(SRM)无位置传感器速度控制系统。所提方法仅需控制系统采取关断角固定和电流斩波控制方式,根据所提的改进型简化磁链法,能够确定关断角位置,并可估算出转速和任意时刻转子位置。最后,所提方法和利用该方法搭建的SRM无位置传感器速度控制系统,通过DSP驱动实验,证明了其有效性。     

双转子永磁电动机有限元分析

在Maxwell环境下对双转子(对转式)永磁直流电动机进行了有限元分析。得到了电机的静态磁场分布,两个转子电磁转矩及电枢绕组电感参数随电流和转子相对位置变化等静态特性。同时分析了电机动态特性,得到绕组电流、对转的两个转子各自所受的动态电磁转矩以及两个转子的转速随时间变化曲线。改变控制主电路中开关管提前导通角,减小了电磁转矩波动范围。为进一步检验对转结构永磁直流电动机的控制系统和电机优化设计的方案提供了途径。     

基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制

针对伺服控制中需要安装机械传感器的问题,提出了采用扩展卡尔曼滤波器设计永磁同步电机无位置传感器控制系统。扩展卡尔曼滤波状态观测器能够对转子位置角和转速以及负载转矩进行估算,并将估算的负载转矩对q轴电流调节器进行前馈补偿。考虑到转动惯量与负载转矩密切相关,采用模型参考自适应控制方法对转动惯量进行辨识。实验结果表明基于以上方法所设计的永磁同步电机控制系统具有良好的控制性能。     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器

为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器，获得直接转矩控制中需要的电机磁链信息，设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链估算方法。选取定子固定坐标系下定子磁链、电机转速和转子位置为状态变量，电压和电流作为输入、输出量，建立估算定子磁链、电机转速和转子位置的EKF滤波器系统。采用空间矢量调制的直接转矩控制策略，有效减小了直接转矩控制方法的转矩脉动，并保持了功率器件恒定的开关频率。实验结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链，所构建的无速度传感器DTC控制系统具有良好的转速和转矩控制性能。     

凸极式永磁无刷直流电机无位置传感型瞬时转矩观测

电磁转矩的准确观测是实现永磁无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)直接转矩控制(direct torquecontrol,DTC)的关键。另外,有些BLDCM还具有一定的凸极现象,增加了电磁转矩观测的难度。为此,该文针对凸极式BLDCM-DTC驱动提出一种无位置传感器型电磁转矩观测器。该观测器利用BLDCM定子电流状态方程构建一个转子反电动势自适应的定子电流观测器,利用自适应机制推导出转子反电动势辨识值;根据辨识的转子反电动势,采用锁相环输出平稳的转子位置角观测值;基于该观测角,计算出电磁转矩,实现凸极式BLDCM-DTC系统平稳运行。实验结果表明,所提观测器观测的电磁转矩与实际值非常接近;无位置传感器DTC系统动态响应迅速,稳态运行平稳,最低运行转速可达33 r/min。     

基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真

在分析永磁同步电动机（PMSM）数学模型的基础上，建立了的转子磁场定向矢量控制的PMSM伺服系统模型。系统采用位置、转速和电流三闭环控制，其中位置环和速度环采用经典的PI控制，电流环采用转子磁场定向矢量控制，以实现瞬时的转矩调节。仿真模拟了PMSM的恒转矩起动、恒功率运行以及负转矩制动的全过程，实现了位置伺服的精确控制。     

基于转子电流的双馈感应电机无速度传感器控制

提出一种基于转子电流的模型参考自适应系统(MRAS)的双馈感应电机(DFIM)无速度传感器控制方法.首先建立了基于定子磁链定向的DFIM矢量控制模型,实现了电机转速/转矩控制和有功/无功功率解耦控制,然后采用基于MRAS的转速辨识方法,将测量得到的转子电流作为参考模型,通过定子电压和电流估测得到的转子电流作为自适应模型,用PI闭环控制构造转子位置和转速信息.为验证理论分析的正确性,以50 kW的DFIM为例设计了一套控制系统.通过电动机运行工况下的空载变速实验和发电机运行工况下的功率控制实验,估测转子位置和转速在不同转速和功率工况下都能准确跟踪实际值.仿真和实验结果表明系统能实现对DFIM无速度传感器控制,证明了所提出的方案的可行性.     

直接转矩控制电励磁同步电机初始转子位置估计

针对电励磁同步电机直接转矩控制系统一般无定子端电压检测通道特点提出了一种估计初始转子位置角方法.要求在定子绕组三相短路和转子绕组通入正弦交流电流(或直流脉动电流)情况下利用系统中已有的电流传感器检测定子感应电流及转子电流.利用测得的定子电流和转子电流在初始转子位置估计坐标系中建立与位置角估计误差相关的误差函数,该函数值送到PI调节器输入端,稳态时PI输出稳定的初始转子位置角估计值.实验结果表明初始转子位置角(机械角)实际值与估计值线性度较好,估计误差最大值在士2°内,满足直接转矩控制系统起动要求;任意初始转子位置角情况下,系统均能以最大给定转矩快速起动.     

电流-位置神经网络模型的构建与SRM转矩控制

常用的基于转矩分配函数(TSF)的控制方法从转矩-电流非线性关系得到参考相电流,数学关系复杂,参数难以获得,不易于工程实现。根据相电流平方之和与转子位置角所表现出的特殊关系,提出了基于电流-位置神经网络模型的相电流平方之和计算方法,直接由转子位置角计算相电流平方之和,再通过分配函数得到参考相电流。仿真结果表明,该方案能有效降低开关磁阻电动机转矩脉动。     

六相感应电机的矢量控制研究

在分析六相感应电机数学模型的基础上,对基于转子磁链定向的六相感应电机调速系统的矢量控制进行了研究。在控制过程中,通过坐标变换得到定子电流的转矩分量和励磁分量;利用两个调节器分别对两个电流分量进行调节,从而实现对电机磁场和转矩的控制。在MATLAB/Simulink环境下,利用按转子磁链定向的矢量控制原理,设计六相感应电机的转速控制器、磁链控制器和转矩控制器,进行六相感应电机矢量控制的动态仿真。仿真结果证明:基于此算法的六相感应电机控制系统,能很好地跟踪速度给定和期望的转子磁链,具有较好的动态与静态响应能力。     

基于磁链观测的IPMSM MTPA控制系统研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的凸极特性,提出一种基于磁链观测的无位置传感器IPMSM最优转矩电流比(MTPA)控制策略,以提高负载转矩时变系统的能效比。根据IPMSM电压方程,分析转子磁链观测器检测转子位置的方法,在传统转子磁链观测器中加入前馈补偿,利用反正切法计算转子位置;分析定子电流与转矩角以及电磁转矩与转矩角的数学关系,并提出一种新的查表法,实现MTPA控制,该查表法将查表数据与电机参数分离,同时利用线性插值法减少查表数据。利用MATLAB/Simulink对该方法在负载转矩时变系统中进行仿真。结果显示,在相同输出转矩下,该控制方式比i_d=0控制方式所需的输出电流更小,表明了该方法的有效性。     

基于改进滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器I／F起动方法

针对传统的永磁同步电机无位置传感器开环起动过程中存在启动电流大、功率因数小、抗负载扰动能力弱的问题,提出了一种基于改进滑模观测器的无位置传感器电流闭环I/F起动策略。起动加速阶段,在电枢绕组中产生幅值固定、频率逐渐增大的旋转电流矢量,使转子加速起动。当转速达到设定值时,检测指令位置角与用改进滑模观测器估算的转子位置角之间的偏差角,当该偏差角低于设定的阈值时,立刻切换至基于改进滑模观测器的无位置传感器电流解耦控制阶段。仿真和实验结果表明,采用所提起动策略后,起动电流可控,切换时刻的电流、转矩平稳无冲击。实验结果也验证了该起动策略能有效避免过流的产生,具有良好的动态性能和一定的抗负载扰动能力。