基于转子凸极跟踪的永磁同步电机转子位置的自检测方法

提出了一种永磁同步电机转子位置估算的自检测方法。文中讨论了利用旋转矢量载波高频信号注入、外差法及跟踪观测器检测转子位置的原理。同时给出了针对内埋式永磁同步电机的实验系统及实验结果。     

基于转子电流的模型参考自适应模糊控制双馈风力发电机转子位置观测器设计

空间矢量控制技术可以实现双馈风力发电机的功率解耦控制,在控制过程中需要对转子位置进行检测.针对常规的基于转子电流的双馈风力发电机模型参考自适应转子位置观测器的不足,提出了一种基于转子电流的模型参考自适应模糊控制双馈风力发电机位置观测器的设计方法.该方法将参数自整定模糊PI控制技术引入转子位置观测器的设计中,以提高转子观测器的跟踪效果和动态品质.Matlab/Simlink仿真结果表明所设计的模型参考自适应模糊控制转子位置观测器能够快速准确地估测转子速度和位置角度,具有良好的动态品质.     

IPM同步电机扩展反电动势转子自测角研究

基于低速运行区采用高频载波注入法和高速运行区采用扩展反电动势状态观测器法相结合的思想,提出内插式永磁(Interior Permanent Magnet,简称IPM)同步电机全速范围的无传感器驱动技术.在低速运行区,高频旋转电压注入后,检测与反电动辨有关的电流响应来获得转子位置信息:在高速运行区,通过与低速运行区无传感器控制技术的平滑切换,观测两相静止坐标系中扩展反电动势来获得转子位置信息.该方法不受电机参数和低频干扰的影响,具有较强的鲁棒性,实测结果验证了该方法的有效性和可行性,以此机理实现的无传感器转子位置观测器具有良好的静、动态性能.     

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了准确估计永磁同步电机的转子位置与速度,提出一种二阶滑模观测器.该观测器在传统线性滑模面基础上引入了混合非奇异终端滑模面,避免了常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后问题,同时可以提高转子位置与速度的估算精度.为了保证观测器的稳定并抑制滑模固有的抖振现象,设计了滑模控制律.最后,采用具有锁相功能的转子位置与速度跟踪算法从观测的反电动势中解调出转子位置和速度信息.仿真和实验证明了所提观测器的正确性.     

基于转子电流的模型参考自适应模糊控制双馈风力发电机转子位置观测器设计

空间矢量控制技术可以实现双馈风力发电机的功率解耦控制,在控制过程中需要对转子位置进行检测。针对常规的基于转子电流的双馈风力发电机模型参考自适应转子位置观测器的不足,提出了一种基于转子电流的模型参考自适应模糊控制双馈风力发电机位置观测器的设计方法。该方法将参数自整定模糊PI控制技术引入转子位置观测器的设计中,以提高转子观测器的跟踪效果和动态品质。Matlab/Simlink仿真结果表明所设计的模型参考自适应模糊控制转子位置观测器能够快速准确地估测转子速度和位置角度,具有良好的动态品质。     

基于脉动高频信号注入的永磁同步电动机转子位置检测

利用电动机的凸极效应跟踪转子位置,可以实现电机全速度范围内转子位置的检测,且对电机参数的变化不敏感,鲁棒性好.对脉动高频信号注入法进行永磁同步电动机转子位置检测的原理进行剖析.在定子绕组端注入高频小幅值的脉动电压信号,将产生的带有转子位置信息的高频载波电流解调后,送入位置观测器,可观测出转子位置.通过仿真进行算法验证,结果表明,对具有凸极效应的永磁同步电动机来说,脉动高频信号注入法能够精确地跟踪转子位置,尤其是能够解决低速甚至零速下的转子位置检测.     

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。     

载波频率成分法估算IPMSM转子位置的误差分析

研究了一种利用PWM逆变器载波频率成分信号进行内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估算的方法。逆变器应用三相三角载波SPWM调制方式,通过检测载波频率成分电流(CFCC)的包络线估算出电机的转子位置。分析了电机转速、直流母线电压、逆变器载波频率等因素对转子位置估算误差的影响。实验结果表明,该方法能够实现对电机转子位置的准确估算,所构建的IPMSM无位置传感器矢量控制系统具有良好的动、静态性能。在此基础上对影响转子位置估算误差的相关因素进行了仿真和实验验证,结果证明了理论分析的正确性。     

永磁同步电机新型转子磁链滑模观测器

针对传统永磁同步电机反电势滑模观测器转子位置估计存在的信号抖振和相位滞后问题,提出一种以电机定子电流与转子磁链为状态变量的四阶新型转子磁链滑模观测器.首先,以电机定子电流与转子磁链为状态变量构建四阶状态方程,选取定子电流观测误差为滑模面构建转子磁链滑模观测器.其次,设计一种新型锁相环对转子位置和转速进行进一步估算,避免引入反正切函数和微分运算带来的位置估算不精确问题.实验结果验证了新型滑模观测器在位置估算精度和抖振抑制方面的优势.     

基于锁相环的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制系统中由于滑模自身机制带来的高频抖动,会使电机转子位置以及速度估计时存在很大的误差.为了解决这一问题,将滑模观测器与锁相环技术结合起来,先通过滑模观测器估计电机反电动势,然后再构造基于锁相环结构的转子位置检测单元,从估计的反电动势中提取电机转子位置和速度信号.这种方法能够避免滑模观测器直接通过数值关系运算得到转子位置和速度存在的抖动现象,从而一定程度上削弱估计反电动势中的高频抖动分量对系统被估量的影响,提高了估计精度,仿真分析和实验结果均表明该方法的正确性和可行性.     

基于载波注入的凸极永磁同步电动机无传感器控制

为了解决凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置估计问题，提出了一种载波注入的无传感器控制方法。在电机定子端注入高频正弦载波电压信号，利用空间凸极跟踪技术，从载波电流中取出位置估计的误差信号，再经过卡尔曼滤波器的处理，得到位置和速度估计信息。载波的恢复即高频信号的解调则通过一个带有外差作用的二阶低通滤波器来实现。仿真结果证实了这种方法的可行性，它适用于凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置和速度估计。     

Initial rotor position estimation of an interior permanent-magnet synchronous machine using carrier-frequency injection methods

This work presents a method using carrier-frequency injection to estimate the initial rotor position and magnetic polarity for an interior permanent-magnet synchronous machine. A nonsaturating inductance model of the machine provides no information about the polarity of the rotor magnet because the position observer based on this model is locally stable at both poles. To distinguish the polarity of the rotor magnet, the magnetic saturation effect can be used. The Taylor series can be used to describe the nonlinear magnetic saturation relationship between the current and the flux linkage in the d-axis rotor reference frame. The second-order term produces the second harmonic component of the carrier frequency, and the sign of its coefficient identifies the polarity of the rotor magnet being tracked. Both simulation and experimental results show good response of the position observer at several rotor electrical positions using either a rotating vector in the stationary reference frame or a oscillating vector in the estimated rotor reference frame.     

内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题,提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。基于凸极跟踪的原理,通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置,在此基础上,采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断,实现对估计转子位置的极性校正,并且补偿估计转子位置的偏移误差,从而得到转子初始位置。在实验平台上进行了实验验证,实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置,实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。     

永磁同步电动机起动过程控制

为了提高永磁同步电动机驱动系统的起动性能,提出了一种改进的转子初始位置检测方法.基于电机高频电压模型和凸极效应,运用高频注入法,使转子初始位置信号调制到高频载波上,输出信号经过具有正弦鉴相环节的锁相环路检测转子初始位置;对高频注入法和锁相技术相结合推定转子初始位置的方法进行了理论分析,并基于广义预测算法的直接转矩控制方法对起动过程转矩进行控制.实验结果表明,采用的方法是正确可行的,转子位置得到了准确检测,起动过程的速度变化具有较好的平缓控制效果.     

Method for Diffusing Carrier Noise under Zero‐Speed Condition using a Zero‐Sequence Voltage

In this paper, a technique is proposed to reduce the carrier noise of pulse width modulation (PWM) inverters for a permanent magnet motor drive. The carrier noise is generated by the motor and the reactor driven by the inverter and affected by the switching frequency. When a motor rotates and drives a machine, the carrier noise is hidden by the machine noise. However, when the motor speed is approximately zero, the carrier noise becomes dominant and raucous. The typical method to reduce the noise employs a switching frequency higher than the audible frequency of human hearing. However, the increase in switching frequency results in the inverter suffering a higher switching loss and lower efficiency. In particular, when the permanent magnet motor operates at approximately zero‐speed and full‐load, for example, in the hill‐start conditions of electric vehicles and the start and stop conditions of elevators, the current flows in specific power devices and the switching loss further increases. The proposed technique uses a zero‐sequence voltage, which is generated randomly with the M‐sequence signal, and diffuses the frequency components of the ripple contained in the current. The technique is able to reduce the noise without increasing the switching frequency of the inverter when the motor speed is almost zero. Simulation and experimental results show that the proposed technique can diffuse the carrier noise and the cycle of the M‐sequence signal changes the diffusion effect of the carrier noise.     

基于恒定开关频率的内置式永磁同步电机直接转矩控制方法

针对传统直接转矩控制方法存在着开关频率不恒定和转矩脉动较大的问题,采用了一种基于恒定开关频率的内置式永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法由一个PI调节器和一个三角波载波器组成,通过比较PI转矩调节器的输出与固定频率载波信号,实现了逆变器开关频率恒定,从而有效降低了电机运行中的转矩脉动和改善了电流畸变;并对所提出的转矩调节器提供了详细的数学建模过程和小信号稳定性分析。仿真结果表明该算法在保持快速动态响应的前提下,可有效改善内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的稳态运行性能,同时系统的开关频率保持近似恒定。     

基于载波频率成分的永磁同步电机转子定位研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制中转子定位可能反相、低速时转子位置精度差等问题,研究一种基于载波频率成分法的转子定位方法。在分析载波频率成分法原理的基础上,利用逆变器固有的含载波频率成分的电流信号,通过建立新的坐标系,将电流信号经带通滤波处理得到载波频率成分电流,用滤波后的峰值电流估算出转子位置。分别在Matlab/Simulink和基于DSP的硬件平台中对该方法进行仿真和实验验证。实验数据表明,载波频率成分法转子计算误差在合理范围内,在电机启动和低速阶段也能很好地估算出转子位置,该方法能准确估算出转子位置。     

Sensorless vector control of IPMSM with DC link current measurement at low speeds

This paper presents a method of estimating pole position of interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs). The proposed method estimates the pole position at low speeds and standstill by measuring only the DC link current of the inverter. The pole position is estimated by using the saliency of the IPMSMs. In order to detect the saliency, three‐phase triangular carrier waves are used. The DC link current is measured at the tops and bottoms of the carrier waves. Experimentation is performed to confirm the validity of the proposed method. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 172(4): 58–63, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20952