在线建模的开关磁阻电机四象限运行无位置传感器控制

基于在线建模提出了一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法。建立了以相电流和磁链为输入、转子位置角度为输出的径向基神经网络模型,以轴编码器实时获得的转子位置角度为学习样本,对开关磁阻电机进行了在线建模。提出了静止状态下激励脉冲法与运行状态下滑模观测器相结合的四象限运行无位置传感器控制策略,实现了电机无传感器运行。实验结果表明,电机转子位置估计误差小于2,象限间切换可靠,具有良好的动态和静态性能,为大功率开关磁阻电机无传感器控制提供了一种易于实现的方案。     

开关磁阻电机矩角特性的研究与应用

分析了开关磁阻电机矩角特性的计算方法,在此基础上用有限元磁场计算出开关磁阻电机的磁化曲线族,根据这些数据仿真给定电流下的矩角特性,并分析了矩角特性曲线与电感变化率的关系.设计并制作了一台矩角特性测试平台,试验结果验证了仿真理论的正确性.最后分析了矩角特性在研究开关磁阻电机起动性能等方面的应用,从而指导开关磁阻电机的优化设计.     

开关磁阻电机的Pi-sigma模糊神经网络建模

开关磁阻电机的磁路高度饱和及双凸极结构导致了相绕组的磁链是转子位置和相电流的非线性函数。本文采用兼具Takagi-Sugeno(T-S)模糊逻辑和神经网络优点的Pi-sigma模糊神经网络来建立开关磁阻电机的非线性模型并采用了附加动量项的自适应学习速率训练算法。实现了开关磁阻电机的较高精度建模,减少了学习训练次数,简化了结构,使其可在线快速运算。本文通过对相电流与转子位置角的非均匀间隔采样和对论域的全面覆盖,来达到测量数据的合理分布,以提高建模精度和泛化能力并减少测试数据量。通过对模型输出数据与实测数据进行比较及对泛化样本数据的校验表明,本文所建立的模型具有精度较高、泛化能力较好、结构较简洁、运算速度较快等特点。     

电动汽车用永磁同步电机模型预测MRAS无速度传感器控制

针对电动汽车机械式传感器在复杂工作环境下易失效的问题,将基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器技术应用于电动汽车中。针对传统MRAS无速度传感器控制存在的转子位置估计相位延迟较大、转速估计误差较大等问题,将模型预测控制算法应用到MRAS中。参考模型选用永磁同步电机(PMSM)电流磁链方程,可调模型选取电压磁链方程,代价函数是磁链的差值,待估计参数选择转子位置。与传统MRAS无速度传感器控制算法相比,转速、转子位置估计结果更加精确,估计误差较小,动态性能和稳态性能优良。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。     

Four-Quadrant Sensorless Operation of Switched Reluctance Machine over the Wide Speed Range

Abstract

This paper presents four-quadrant sensorless control in switched reluctance machine (SRM) over the wide speed range. The proposed sensorless control technique could be employed not only at low speed with current chopping control (CCC) but also at high speed with angle position control (APC). At startup and low speed, the narrow voltage pulse is injected into the idle phases and the rotor position zone is determined by comparing the measured flux linkage with four flux linkage-current curves. The same flux linkage-current curves also can be adopted for rotor positions estimation at medium and high speeds. Two flux linkage-current characteristic curves in the inductance rising zone are employed to estimate the rotor position for motoring mode and the other two curves in the inductance falling zone are used to estimate the rotor position for braking mode. The experiments on a three-phase 12/8?pole SRM drive platform are carried out to verify the effectiveness of the proposed sensorless control technique.     

基于神经网络的开关磁阻电机转子位置估计

位置检测是开关磁阻电机调速系统中的重要环节.实时、准确的位置是开关磁阻电机正确运行的关键.由于其转子位置角是各相磁链与电流的高度非线性函数,传统线性及解析的方法难以精确求得.该文基于神经网络并行处理及逼近任意非线性函数的特点,提出了基于神经网络的位置检测方案.借助于MATLAB的神经网络工具箱,采用三种改进的学习算法对试验数据样本进行了离线训练,确定了用于位置检测的神经网络模型.为验证模型的有效性和准确性,对大量的数据样本进行了仿真.结果表明：该方法能够快速、准确地测量转子位置,鲁棒性和自适应性强.     

基于改进的开关磁阻电机无位置传感器技术

由于开关磁阻电机(SRM)的双凸极结构与高饱和性,其磁链为相电流和转子位置的高度非线性函数.在简化磁链法中建立精确而小规模的SRM磁链模型,是实现SRM无位置传感器控制的关键.采用预处理方法优化神经网络(BPNN)模型可以减小尺度,提高精度;为了进一步优化该模型,在此基础上提出粒子群(PSO)优化BPNN的建模方法.利...     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

基于归一磁链/电流法的开关磁阻电动机间接位置检测

在已知开关磁阻电动机磁化曲线的基础上,设计了一种基于归一磁链/电流法的 SRM 间接位置检测方法.该方法是以各相的电压、电流为输入,积分得到磁链,对磁链归一化,查找磁链归一化后的二维表,得到相应的位置角.该方法解决了传统磁链/电流法依据原始磁化数据形成查找表且表格利用率低的问题,能够较准确地估算电机转子位置.利用 Ma...     

开关磁阻电机小波神经网络无位置传感器控制

提出了一种基于小波神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制新方法.该方法采用两个不同的小波神经网络分别获取相绕组换相逻辑的开通信号和关断信号,经过综合处理得到单相绕组的开关信号.神经网络以相绕组的电流和磁链为输入,以各相的开关信号为输出,从而建立起电流、磁链和开关信号的非线性映射.采用电机在有位置传感器运行条件下的样本对小波神经网络进行训练,训练完成后,用神经网络输出结果取代位置传感器换相信号,实现电机无位置传感器运行.仿真和实验结果表明,由神经网络获得的开关信号和由位置传感器获得的开关信号相比误差小,电机能够准确换相,且输出转矩波动小,转速曲线平滑,电机在无位置传感器下运行良好.     

基于自适应网络模糊推理系统的开关磁阻电机建模方法

提出一种开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)数学建模的新方法：在已知开关磁阻电机静态电感曲线和矩角特性曲线的基础上,将自适应网络模糊推理系统(adaptive network based fuzzy inference system,ANFIS)用于SRM的整体建模中。该模糊推理系统由5层网络构成,将模糊推理与神经网络有机结合起来,利用它的自学习功能计算出模糊系统的隶属度函数以及相应的模糊规则,形成一个结构简单、紧凑的网络来实现电机绕组电流、转子位置角与电感和转矩的非线性映射关系,然后离线训练得到电感与转矩模型。把这种基于ANFIS的电感和矩角模型应用于SRM的系统建模中,以550 W、6/4极SRM为例,进行了仿真与实验比较,结果表明此建模方法能够较好的反映SRM的实际工作状况,从而为SRM系统的建模分析与设计提供一种新的有力的工具。     

基于电流波形检测法的开关磁阻电动机无位置传感器控制

开关磁阻电动机(SRM)在采用电压PWM控制方式时,通常在定、转子齿极开始重叠位置处出现峰值电流。传统电流梯度法利用该峰值电流的前后电流微分值符号变反的特征,通过微分和过零检测电路得到转子位置,但存在检测电路参数设计繁琐,低速运行时不易获取正确的转子位置以及容错能力较差等缺点。为此,提出了一种基于电流波形检测的转子位置估算方法。该方法通过比较前后时刻电流大小,在该相关断时刻确定该相电流峰值及其对应的时间,并与前一相峰值电流对应时间共同计算确定后一相的关断时间。随后通过给定开通角,计算出开通角对应脉冲数,再通过比较当前计数值与该开通角对应的脉冲数,确定当前相或后一相的开通时间。该方法不仅保留了不依赖SRM参数的优点,而且无需微分、过零检测等外围电路,在低速运行时也能够得到正确的转子位置且具有较强的容错能力。通过基于该方法搭建的SRM无位置传感器控制系统的DSP驱动实验,证明了所提方法的可行性和有效性。     

A new algorithm for sensorless operation of permanent magnet motors

In this paper, the authors propose and investigate a new algorithm for shaft position sensorless operation of permanent magnet motors, based on flux linkage and line current estimation. Measured line current and terminal voltage are used to estimate the flux linkage of the motor. The algorithm has a two current-loop structure, with the outer loop used to correct the position, and the inner loop utilised to correct the estimated flux linkage. The theoretical basis of the algorithm and individual definition of the system blocks is explained. Dependencies on motor parameters and measurement errors are discussed to show the effectiveness of the method using real data. As well as giving a detailed explanation of the new algorithm, the paper presents a wide range of computed and experimental results, demonstrating the reliability of the method even during acceleration of the motor from rest     

Eliminating starting hesitation for reliable sensorless control ofswitched reluctance motors

Novel methods for rotor position estimation both at standstill and during running conditions are presented for a switched reluctance machine (SRM) starting free of position sensor and hesitation. By applying a DC pulse to the stator phase windings for a short moment (0.5 ms), the initial rotor position can be accurately detected. Combining the accurate initial rotor position with a novel rotor position estimation algorithm during running, the SRM can be started at any initial rotor position without starting hesitation. Critical issues related to optimal model selection as the virtual sensor are discussed in detail. Computer simulation and experimental results are included     

基于反电动势法的双绕组永磁容错电机转子位置估计算法研究

针对双绕组永磁容错电机,在反电动势法基础上,提出一种改进的适用于容错电机的转子位置估计算法。利用每相绕组产生的磁链增量及单位反电动势来估算双绕组永磁容错电机转子的位置,通过锁相环技术进行误差补偿,对该方法中使用到的电机参数进行在线辨识,把辨识结果更新到转子位置估计算法中。通过该方法可以在双绕组永磁容错电机正常工作、单相故障或者多相故障容错的情况下,实现对转子位置以及转速的估计。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证转子位置估算方法的准确性和鲁棒性。     

基于Pspice的电动汽车用开关磁阻电动机建模与仿真

本文提出了一种基于通用电路分析软件Pspice的开关磁阻电动机(SRM)的动态仿真模型.模型中利用有限元计算的SRM磁化曲线数据,电路部分采用反电动势模型,并考虑了可变电感动态变化对绕组反电动势的影响,利用适当的控制源将SRM的电路和磁路相耦合.利用提出的Pspice仿真模型,对研制的12/8极20kW电动汽车用SRM进行了仿真计算,实验结果验证了该模型的正确性,对SRM的进一步优化设计、优化控制等均具有指导意义.     

永磁同步电机永磁体状况在线监测

提出一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量，构建估算转子永磁体磁链幅值和方向的卡尔曼滤波器。该方法能准确跟踪永磁体真实状况，对电机参数不敏感，鲁棒性强。基于动态估算的电机永磁体磁链，可为永磁同步电机控制系统实时提供准确的转子磁链信息，提高系统控制性能和效率。同时，基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度，提高系统可靠性。实验结果验证了方法的正确性和有效性。     

DITC-direct instantaneous torque control of switched reluctance drives

This paper presents an online instantaneous torque control technique for switched reluctance machines called direct instantaneous torque control. The method comprises two novel aspects. First, torque is estimated as a function of terminal quantities, i.e., flux linkage and phase current. Hence, torque estimation is independent of the rotor position. Secondly, high-bandwidth drive performance is obtained by implementing a digital torque hysteresis controller. Thus, the method works without torque profile functions and auxiliary phase commutating strategies. Therefore, the control algorithm offers a wide drive operating range without the use of a high-resolution shaft position sensor or sensitive position estimation techniques. Experimental and simulation results are presented in this paper.     

基于迭代学习辨识的开关磁阻电动机转子位置估计

将无位置传感器的开关磁阻电动机调速系统的位置估计归结为迭代学习辨识问题,根据开关磁阻电动机系统模型的特点,构造了PD型的非线性迭代学习辨识器,利用开关磁阻电动机启动过程所获得的相电压及相电流信息,对该时间段的速度及位置曲线进行完全辨识,所得结果证明了迭代学习辨识算法的有效性.     

基于改进磁链观测器的PMSM转子位置估计方法

针对传统永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制系统低速运行磁链观测不精确、转子位置估计存在相位延迟等问题,设计了适用于全速度域的磁链观测器,并利用锁相环(PLL)技术改进了传统转子位置估计方法。提出了基于PI控制器的多模型组合磁链观测器,实现了电阻在线估计和直流偏移补偿;利用锁相环技术设计了基于复变陷波器的转子位置估计结构;最后,通过仿真和实验证明了提出的新型PLL结构能够有效地滤除观测反电势中的谐波成分,提高了转子位置估计精度。