基于线性霍尔误差补偿的高速永磁同步电机转子位置检测技术

针对采用线性霍尔元件检测高速永磁同步电机转子位置时,存在多种非理想因素造成的误差进行分析,并提出了相应的误差补偿方法.当两路霍尔信号幅值不相等、相位非正交时,检测的转子位置信号中存在二倍基频的误差分量,对此提出一种基于坐标变换的位置误差补偿方法,即构造坐标变换以提取出霍尔信号中的正序分量,根据其正序分量解算出转子位置;当霍尔信号采样调理电路中存在低通滤波器以及安装角度存在偏差时,两路霍尔信号存在一定的相位偏差,提出了一种基于电流环特征量的位置误差自适应补偿方法,即根据电流环的特征量与转子位置误差之间的关系,对位置补偿角进行自适应调整以补偿误差.最后,通过仿真和实验验证了所提出的两种方法的有效性.     

基于模糊PI模型参考自适应的高速永磁同步电机转子位置检测

针对高速永磁同步电机转速高、调速范围宽的特点,该文提出了一种模糊PI模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)观测器,实现了永磁同步电机转子位置检测。此方法将模糊PI调节器应用于模型参考自适应观测器,通过模糊控制器调整PI调节器的比例积分系数,以使PI调节器能在电机很宽的速度范围内都具有良好的动稳态性能,提高了模型参考自适应观测器对高速永磁同步电机转子位置的检测精度。最后,以带有风机负载的4 kW磁悬浮轴承高速永磁同步电机为研究对象进行了Matlab仿真和实验,实现了基于此方法的转子位置检测和速度估计,并分析了转子位置误差产生的来源以及补偿方式,证明所提方法适用于高速永磁同步电机的转子位置检测。     

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环（QPLL）应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环（IQPLL）。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。     

永磁同步电机用线性霍尔位置检测的误差补偿

针对基于线性霍尔传感器的高速永磁同步电机转子位置信号易受高次谐波干扰的问题,提出了硬件和软件上的补偿方法。根据线性霍尔传感器的转子位置解算原理,详细分析了永磁体磁钢充磁的不均匀、定转子间气隙温度的变化、霍尔器件的安装误差以及逆变器高频开关噪声等因素给转子位置检测带来的各种不利影响,在硬件上采取了相应的补偿措施,在软件上用正交锁相环(PLL)来消除霍尔位置信号中高次谐波的干扰,并给出了一种无需知道霍尔器件安装位置的转子角位置计算方法。在100 kW高速永磁同步电机上进行了实验,实验结果表明,正交PLL能有效抑制霍尔信号中的高次谐波分量,也验证了采用该方法能有效地估算出永磁同步电机高速旋转转子的角位置。     

内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识

在无速度传感器工作条件下,为了实现永磁同步电机转子位置和转速的精确控制,需要对电机参数进行在线辨识。本文研究了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的辨识。该调速系统采用转子磁链定向的矢量控制作为基本的控制策略,利用模型参考自适应系统对转子位置和转速进行估算,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁磁链辨识方法。本文基于上述研究,实现了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识,采用上述方法能够很好地避免由于电机的低阶状态方程而引起的辨识问题。仿真和实验结果证明了该辨识方法的可行性与有效性,而且在模型参考自适应中采用辨识得到的磁链参数,能够大幅度降低转子位置的估算误差。     

基于双锁相环的永磁同步电机转子初始位置估算方法

针对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor, PMSM)无位置传感器控制中转子初始位置难以精确估算的问题,提出了一种基于注入变频方波电压的双锁相环结构转子位置估算的方案。首先对电机施加振幅相同方向相反的低频方波电压判别转子极性。然后提高方波电压频率至3 kHz,使用一种新型的双锁相环结构对转子位置估算值进行适应性误差补偿,以提高估算精度。最后保持高频信号注入进行电机空载、负载启动,全程无需中断和改变注入信号。实验表明,该方法对转子初始位置估算误差最大不超过3.73°,平均估算时间为0.18 s,估算过程中电机保持静止。当电机启动时,双锁相环结构比传统锁相环结构估算时间缩短18 ms,最大补偿角度为38.39°。估算过程未引入电机敏感参数,系统具有良好的稳定性和快速性。     

风机用永磁同步电机无传感器转子位置检测方法

针对目前无传感器检测永磁同步电机转子位置方法存在对电机参数敏感的问题,提出一种通过控制直轴电流为零估算转子位置信息的新方法。基于直轴电流PI调节器中输出电压中包含转子位置误差信息,通过控制直轴电流为零,进而通过控制转子位置锁相环跟踪比例积分控制器的转子位置趋于零来估算出转子位置与转速。理论分析和试验结果表明:提出的无传感器算法只需永磁磁链,无需其它电机参数,算法十分简单,在20%额定转速以上都能准确地检测到转子位置和转速,适用于功率等级宽泛的暖通、工业净化风机用永磁同步电机。     

基于模糊滑模观测器的磁悬浮高速永磁同步电机转子位置检测方法

针对普通滑模观测器对永磁同步电机转子位置检测低速抖振问题,提出了一种基于模糊滑模观测器的磁悬浮高速永磁同步电机转子位置检测方法,通过模糊控制调节滑模观测器的滑模增益,以实现低速抖振抑制。在理论上分析了该方法相比于基于饱和函数的滑模观测器的优越性。最后以4kW磁悬浮高速永磁同步电机为研究对象进行了仿真和实验,实现了电机转子位置和转速的估计,并分析了转子位置误差产生的来源以及补偿方式,证明模糊滑模观测器可以有效的估计磁悬浮高速永磁同步电机的转子位置。     

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。     

一种基于双重锁相环的高速永磁同步电机转子位置估计误差全补偿方法

高速永磁同步电机(high-speedpermanentmagnet synchronousmotor,HSPMSM)驱动性能与转子位置信号检测精度密切相关。基于反电动势滑模观测器(high-speed permanentmagnetsynchronousmotor,EMF-SMO)的位置估计方案具有鲁棒性强的优势。然而高速运行条件下,观测器环路中的滤波器、零阶保持器、代数环等非理想环节将引起明显的相位估计误差。为了有效补偿相位估计误差,该文提出一种基于双重锁相环的新型EMF-SMO方案,其基本原理在于,通过主动引入前述非理想环节对电流信号进行延迟重构,将重构电流信号与估计位置信号进行二次锁相,构成双重锁相环,无需定量即可实现相位估计误差全补偿。该方法未引入任何敏感参数,鲁棒性强。该文针对一台400W/15000rpm高速永磁同步电机进行仿真与实验,仿真与实验结果验证了所提出双重锁相环方案的有效性。