基于高频方波信号注入的PMSM无传感器低速运行研究

目前,永磁同步电机(PMSM)无位置传感器运行研究受到广泛关注。采用一种基于高频方波信号注入的方法实现PMSM无位置传感器启动以及低速运行。首先详细分析了高频方波信号注入检测原理,然后对注入的高频方波信号以及电流采样模式进行了改进。向估计的两相旋转坐标系注入高频方波电压信号,根据检测到的定子电流并结合注入的电压信号即可获得转子位置,并且利用电机的磁路饱和特性,实现转子初始位置检测。所提出的改进方法不依赖于准确的电机参数,信号处理过程简单易实现。仿真结果验证了该方法的正确性。     

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°。     

一种可抑制逆变器非线性影响的永磁同步电机无位置传感器控制策略

内置式永磁同步电机无位置传感器低速控制主要采用高频正弦信号注入方法,但估计转子位置需应用滤波器提取高频信号,滤波器使用会延迟信号、降低电流环带宽,严重影响动态控制性能。一种改进的高频方波注入法被提出以克服上述问题,该方法将高频信号注入与矢量控制分周期进行,无需低通和带通滤波器。但是该方法在估计转子位置时受逆变器非线性影响较大,容易出现较大的估计误差。针对上述问题,该文提出一种注入幅值自适应的可抑制逆变器非线性的新型高频方波注入法。该方法通过变化的注入电压幅值抑制逆变器非线性造成的高频电压矢量信号畸变,提高转子位置角度估计精度。仿真及对比实验结果证明,该方法可将位置估计误差从原有的平均误差±11°降低到了平均误差±3°,具有良好的稳定性和鲁棒性。     

内置式永磁同步电机初始位置检测方法研究

电机初始位置准确性直接决定着电机的启动性能,介绍了一种基于高频脉振电压注入的转子初始位置检测方法。在估计的转子参考坐标系中注入高频的脉振电压,并在对应的高频电流响应中提取出位置估计信号同时在高频电流的二次谐波分量中提取出极性判断信号。仿真结果显示能快速准确的得到估计的转子初始位置,从而验证了方法的有效性。     

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。     

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计

提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式,在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线,通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应;并针对传统的方波电压注入法,设计了一种简化的信号处理方法,避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用,并消除滤波器所带来的时间延迟问题,提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证,结果表明:简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计,适用于较低开关频率下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制。     

高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法

针对传统高频信号注入永磁同步电机转子初始位置辨识方法中滤波环节产生的相移影响最终辨识精度的问题,提出一种无滤波器高频脉振信号转子初始位置辨识方法.该方法较传统利用低通滤波器分离高频信号分量方法,改进为利用估计直轴和估计交轴响应电流信号进行解调,去除高频分量,对解调后的信号进行锁相,辨识出转子初始位置.提出利用磁路饱和效...     

改进型高频方波注入的PMSM无传感器控制算法

针对传统高频注入法滤波器的使用会限制系统带宽,增大延迟时间,降低系统动态性能等问题,提出一种改进型高频方波注入的无传感器控制算法。文中对传统高频注入法进行了分析,将注入高频方波信号频率增加至逆变器开关频率,运用算术运算改进传统的低频和高频电流信号获取方法,避免了控制系统中滤波器的使用,并改进了位置误差信号提取过程,最终采用锁相环获取位置信息。与传统方法相比,该算法能够在准确获取位置信息的同时提高系统带宽,有更好的跟踪性能。仿真结果验证了此改进算法的有效性。     

低速大转矩PMSM无速度传感器转矩脉动抑制

传统高频信号注入法在获取转子位置信息时,使用滤波器会造成电流环响应与位置估计延迟的问题,而且由于大功率控制器的低开关频率、逆变器非线性因素和伴随着高频注入会带来周期性的转矩脉动的问题。为解决上述问题,采用一种无滤波器基波电流与高频电流分离方法,通过简单的数学运算可以将基波电流和高频电流分离,减少转子位置估计过程中的相位延时,提高永磁同步电机(PMSM)无速度传感器控制精度和动态性能;为抑制这些周期性转矩脉动,采用电流环比例积分-谐振(PIR)控制器抑制周期性谐波电流,从而抑制转矩脉动。搭建了低速大转矩PMSM实验平台,对所提高频方波注入法和PIR控制进行验证,结果表明了控制策略的正确性和有效性。     

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。     

12/10极永磁磁通切换电机转子初始位置检测

电机转子初始位置检测的精度直接决定其启动运行时的性能。针对12/10极永磁磁通切换型电机,在验证其凸极性的基础上,采用注入脉振高频信号实现转子初始位置估计。通过对传统高频脉振正弦电压信号注入的分析,研究了基于高频方波或三角波的注入方法,再利用电流差值调制或直接信号调制方法得到位置误差信号,同时根据磁路的饱和效应,通过对d轴电流过零点时间差值的累加,实现了磁极方向辨识。分析了位置误差信号的系数与初始位置检测收敛性的关系。通过实验验证了所提方法的正确性和可行性。     

混合励磁磁通切换永磁电机初始位置检测方法比较

为实现混合励磁磁通切换永磁电机转子初始位置检测,本文在电机d轴、q轴分别注入高频电压信号来估计转子位置。在电机d轴注入高频电压信号时,通过采集q轴电流来获得转子初始位置;在q轴注入高频电压信号时,通过采集励磁绕组电流来获得转子初始位置。通过比较两种初始位置检测方法,基于d轴高频电压信号注入的初始位置检测方法,无法直接判断磁极极性,需要额外的方法判断磁极极性;而基于q轴高频电压信号注入的初始位置检测方法,利用电机励磁绕组和电枢绕组的互感识别转子初始位置,无需额外的磁极极性判断可直接估计出转子位置。最后,在一台12/10混合励磁磁通切换永磁电机的测试平台对两种初始位置检测方法进行了验证。     

永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对永磁同步电机转子初始位置检测已有方法存在的电机"抖动"、对电机参数依赖性强、高频电流信号数学处理算法复杂等问题,提出一种基于高频电压信号注入法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。该方法通过对三相高频电压信号的电流响应进行低通滤波,比较三相电流响应幅值的大小关系,依据转子位置角θ对三相高频电流响应信号幅值的调制规律,得到电机转子初始位置信息,最后利用电机磁路饱和效应区分电机转子NS极性。理论分析及实验表明,该方法能准确检测出电机转子初始位置信息,电机转子不会发生"抖动",检测方法对电机参数依赖性低,电流处理算法简单,不需要额外增加硬件电路,检测误差较小,可满足永磁同步电机的平稳起动要求。     

基于脉振高频方波注入的永磁同步电机无位置传感器磁场定向控制

针对永磁同步电机的无位置传感器的磁场定向控制,采用了一种基于方波电压的脉振高频注入法。该方法注入新颖的方波电压信号,通过二阶有限长单位冲激响应(FIR)高通滤波器提取高频响应,使用闭环的锁相环进行位置计算,通过改变d轴基波电流辨别初始的转子极性。通过理论分析,用数学表达式描述了各环节实用的特征,然后根据分析的特征,进行了相应的试验。结果表明,注入高频方波,其频率提升至控制频率的一半,可闻噪声基本消失,信号处理极大简化,可测转速范围提升至中高速阶段。     

基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机

内置式永磁同步电机(IPMSM)受转子凸极性的影响,绕组电感随转子磁极位置呈周期变化。考虑到上述特征,提出一种基于高频信号注入的IPMSM转子初始位置检测方法。将高频信号依次注入定子两相绕组,并提取定子绕组高频信号线电压,运算处理后获得没有考虑转子磁极极性的初始位置角。随后注入脉冲电压矢量进行转子极性判断,从而获得准确的初始位置角。理论分析和试验结果表明,该方法对电阻参数依赖较小,不受逆变器非线性和电流传感器检测精度的影响,能够准确检测转子初始位置角,满足IPMSM平稳起动的要求。     

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。     

一种改进的永磁同步电机低速无位置传感器控制策略

提出一种改进的永磁同步电机低速无位置传感器控制策略。与传统的旋转高频信号注入法和脉振高频信号注入法不同,该策略选择向静止坐标轴系注入高频脉振信号,转子位置估计信息可以通过载波电流响应提取。对于注入信号频率的选择和滤波器的设计进行了说明,并使用一种类似于简化型扩展卡尔曼滤波器的两相型锁相环得到最终的转子位置估计值。通过实验验证该方法的有效性,结果表明该方法在低速下能快速准确地得到转子位置信息,具有良好的稳定性和动态特性。     

一种表贴式永磁同步电机无位置传感器低速控制策略

永磁同步电机在零速或低速下的无位置传感器控制技术主要是基于电机的凸极特性,而表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)磁路结构对称,凸极特性不明显。传统高频信号注入法利用电感饱和效应构造的"饱和凸极"估计SPMSM转子位置,且在电流环反馈和位置观测环节使用滤波器,造成电流环响应和位置估计延迟。针对上述问题,该文提出一种基于新型高频方波注入法的SPMSM无位置传感器低速控制策略,通过将磁场定向控制周期与电压注入周期分离,直接利用电压注入周期内两相静止轴系下的高频响应电流得到转子位置估计值,实现了在电流环反馈和位置观测环节均无需使用滤波器。同时,为抑制逆变器非线性因素对转子观测精度的影响,采用向d轴依次注入幅值相等、方向相反的两个电压矢量。最后通过2.2kW SPMSM无位置传感器控制系统验证该控制策略的有效性。     

基于高通谐振滤波器的高频脉振电流注入法研究

当高频脉振电流注入法利用电机的凸极效应实现无位置传感器控制时,为了避免注入信号幅值选取的不当,导致提取转子位置信息的高频响应信号解调失败和转矩脉动,提出一种将高通谐振滤波器引入转子位置提取通道的方法。利用高通谐振滤波器在低频段的高度衰减性,在谐振点对解调信号放大增幅的特性,提高了含有转子初始位置信息的信噪比。对转子位置信号的滤波优化,使得电机无位置算法在解调响应信号的难度降低,转子位置和转速的估算可以实现零误差。最后通过仿真对比研究验证了方法的正确性和有效性。     

基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

对内置式永磁同步电机(IPMSM)转子静止初始位置检测技术进行研究,提出一种基于高频信号注入法的高精度IPMSM初始位置检测方法。该方法通过向电机绕组中注入高频旋转电压信号,通过带通滤波器得到高频电流响应,利用同步旋转坐标变换将高频电流响应的正、负序分量进行分离;然后分别对三相高频电流正、负序分量的相角进行最小二乘估计,利用任意一相高频电流正、负序分量的相角差提取出转子的位置信息;最后通过磁路饱和效应对转子N、S极性进行辨别。该方法具有较高的检测准确度,平均检测误差约为1.73°电角度,对一台11 k W的内置式永磁同步电机的实验表明了该方法的正确性。