六相串联三相双 PMSM 驱动系统低速区转子位置角高精度解耦观测研究

静止坐标系下通过控制不同平面的电压矢量可以实现六相串联三相PMSM系统中两台电机的独立解耦控制。基于此，在静止坐标系下六相平面和三相平面同时注入旋转高频电压，通过解调对应平面高频电流的负序分量，解耦获得两台电机的转子位置角初步观测值。为了补偿定子电阻、转速和滤波器对观测带来的误差，利用高频电流正序分量中误差角信息与转速前馈相结合的补偿方法，对转子位置角观测值进行补偿。实验结果表明，六相和三相电机稳态转子位置角观测误差绝对值的平均值为0.146和0.106 rad,动态下最大误差为0.2 rad;基于观测的转子位置角构建的无位置传感器直接转矩控制系统低速各种运行工况性能优越。     

基于高频脉冲法的SRM无位置传感器控制研究

针对传统开关磁阻电机(SRM)转子位置检测需要外接器件,增加了系统硬件成本和复杂性,降低了系统的可靠性等问题,对基于高频脉冲注入法无位置传感器控制方法进行了研究,根据脉冲注入相的不同,提出了两种基于电感分区法的非导通相注入高频脉冲估计转子位置的方法,总结了两种检测方法优缺点并结合运用;以12/8极4 KW三相开关磁阻电机为实验对象搭建了基于stm32的驱动控制系统,对高频注入法的转子位置估计的准确性进行了测试,并研究了分别使用两种检测方法时电机的运行状况。研究结果表明,应用该无位置传感器控制策略的开关磁阻电机控制系统能够实现对转子位置的准确估计,两种检测方法的结合可以实现SRM的无反转启动,并使启动后的电机运转稳定、可靠。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

基于滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制研究

针对永磁同步电机无位置传感器高动态性能控制问题,对传统矢量控制存在电流内环PI控制器对系统性能的影响以及传统滑模观测器中动态转子位置角估计不准、稳态转速估计不精确等观测器性能进行了改进,提出了一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制方法。根据永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,选择了电机d、q电流作为状态变量,利用前向欧拉法推导出永磁同步电机d、q轴电流的预测模型。通过实时评估价值函数选出使得下一时刻电流跟踪效果最好的电压矢量,将其对应的开关状态作用于逆变器。同时,推导表贴式永磁同步电机的滑模观测器模型并对其观测出的转子位置角和转速进行补偿,得到较为精确的估算值。最后将算法在Matlab/Simulink进行了仿真试验。研究结果表明:所提出的控制方法动态性能好、稳态精度高。     

基于ESO及NTD的PMSM无机械传感器位置控制

在分析永磁同步电机(PMSM)系统模型的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)及非线性跟踪微分器(NTD)的PMSM无机械传感器位置控制系统。控制系统通过基于ESO及NTD的观测器实时观测出电机转子位置及转速,在此基础上实现PMSM无机械传感器位置控制。仿真和实验结果表明该系统结构简单,控制快速、准确、无超调,对于外界干扰具有较强的鲁棒性。     

无位置传感器直流无刷电机控制的研究

针对有传感器无刷直流电机的体积大、受环境影响等缺点,本文对无位置传感器直流无刷电机控制进行了相关的研究,根据无位置直流无刷三相电机的基本工作原理和电机转子反电动势的过零变化规律,结和PWM控制技术和电机绕组反电动势检测技术,采用DSP控制器设计无位置传感器直流无刷电机控制电路和控制方法,实践证明本设计结构简单,运行稳定可靠.     

基于自适应降阶观测器的感应电机无速度传感器矢量控制研究

针对稳定的感应电机无速度传感器转子磁链观测器和转速自适应律难以设计的问题,研究了基于转子反电动势矢量误差、位于观测转子磁链矢量定向的同步坐标系上的自适应降阶观测器。对降阶观测器和转速自适应律的结构进行了分析,通过合理设置二者的收敛速度,实现了转子磁链观测与转速估计的解耦,简化了转速自适应律的形式和降阶观测器的稳定性分析;同时结合小信号分析,提出了降阶观测器的稳定增益整定方法;在基于DSP的数字控制平台上搭建了感应电机无速度传感器矢量控制系统并进行了实验。研究结果表明:自适应降阶观测器可以在较大的速度范围内稳定运行,且具有良好的动态、稳态和抗扰性能。     

无刷直流电机无位置传感器控制的研究进展

在现代科技和生活中,无刷直流电机的应用十分广泛,提高其运行的稳定性、快速性和准确性具有重要意义。无刷直流电机的无位置传感器控制技术摒弃了传统的转子位置传感器,而采用算法实时估计转子的位置,在此基础上设计控制算法使电机按照期望状态运行,因此提高转子位置的估计精度和设计先进的控制算法成为改善电机控制系统性能的关键。鉴于此,对转子位置估计算法和无刷直流电机控制算法的研究进展进行了总结,并介绍了各种算法的优缺点和应用范围。     

基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统

针织大圆机的特殊运动状态要求其驱动电机具有较大的启动和带载能力以及较高的稳态运行精度,同步磁阻电机是一种应用于针织大圆机的理想电机,但现有同步磁阻电机无传感器控制,存在转子位置估计误差大、速度切换不平滑等问题。对此,提出一种基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统,零速和低速时采用脉振高频电流注入法,通过在估计坐标系的d轴注入一个幅值恰当的高频电流信号,使用估计q轴的高频电压信号估计转子位置;中速和高速时采用模型参考自适应法,通过建立数学模型并对其进行稳定性分析来估计转子位置;为了实现零速和低速到中高速的速度切换,提出一种改进的过渡区域融合观测方案,采用正弦型饱和函数代替传统的线性切换函数进行位置融合。为了验证方案的有效性,搭建了平台进行测试。由结果表明,该方案启动过程带载能力强,切换过程平滑且稳定,稳态运行过程波动小,是一种较适合大圆机电机驱动的无传感器矢量控制方法。     

基于ST7MC的无刷直流电机转子位置检测系统设计

设计了基于ST7MC的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测系统,通过3个限流电阻,将三相绕组直接与控制芯片的输入接口相连,便可获得转子的位置信息,解决了传统的反电动势过零检测法存在的相位延迟等诸多问题。具体介绍了其相关原理、算法、硬件结构以及实验结果。     

车用空调系统中无位置传感器技术的应用

为了适应电动汽车的发展要求,同时解决汽车现有空调驱动系统效率低的问题,研究了一种适合汽车电动空调使用的驱动系统。该系统采用无位置传感器无刷直流电机技术,并已成功应用于电动汽车、工程车辆等多个领域。在驱动器设计中,使用了一种基于反电动势过零点检测的无位置传感器控制技术,对于因启动负载过大或者负载突变引起的转子位置检测误差等问题,提出了一种附加过零点异常情况判断的过零位置修正方法。研究结果表明,该驱动系统能够很好地满足车用空调运行要求,同时过零点位置修正方法的加入对于提高电机和压缩机启动时的成功率和正常运行时的稳定性是非常有益的。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制

为解决永磁同步电机（PMSM）控制中机械式位置传感器带来的成本及可靠性等问题,将滑模观测器技术应用到PMSM矢量控制系统中。该系统采用滑模面及滑模等效控制方法,通过选择足够大的滑模增益,在观测电流和实测电流之间的误差上构建滑模面,对电机反电势进行观测以得到转子位置角,并基于Lyapunov稳定性判据对滑模观测器的收敛性进行了分析;建立了应用滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制实验系统,设计了位置及速度滑模控制器。进行了1500r／min稳态及正负转速切换的角度估算实验,实验结果验证了该方法的有效性。研究结果表明,基于滑模观测器的无传感器控制策略能准确估计出PMSM的转子位置角,从而得到转子速度,且系统具有较好的动、静态特性。     

基于FIR优化滤波的旋转高频信号注入法及其应用

针对传统旋转高频信号注入法中信号处理精度低、延时时间长及过程复杂等缺陷,提出一种基于有限冲激响应(finite impulse response,FIR)优化滤波的改进旋转高频信号注入法.该方法采用等纹波最佳逼近FIR滤波器提取高频电流信号,实现高频电流信号提取误差最小.通过对高频电流作外差处理,提取转子位置误差信号,省去旋转高频信号注入法中的同步轴系滤波单元,降低系统的复杂性.通过线性相位补偿,实现转子速度与位置估计最小延迟.构建无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制平台,验证算法的有效性.仿真实验结果表明:通过离线优化设计FIR滤波器及线性相位补偿,该方法在全速范围内能够准确估计转子的位置与速度,与卡尔曼滤波相比,其估计精度更高,鲁棒性更强.     

基于SMO的开关磁阻电机无位置传感器控制仿真研究

针对开关磁阻电机中位置传感器的引入用所带来的结构复杂程度以及系统的成本的提高、电机可靠性以及坚固性降低等问题,提出了一种新的基于滑模观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法:采用五点法磁链模型,结合滑模观测器实现了转子位置无位置传感器控制。该方法以转速以及电机转子位置作为状态变量,以实际磁链以及估算磁链的偏差作为滑模面,构建出了滑模观测器,对转子位置进行了间接检测。然后利用Matlab仿真软件搭建出了12/8极开关磁阻电机的仿真模型,并在Simulink环境下对开关磁阻电机进行了仿真研究。研究结果表明,所给出的无位置传感器控制方法可以有效地估算出电机的转速以及转子的位置,测量得到的转子位置误差小,具有较好的鲁棒性以及抗干扰能力,动态性能较好。     

基于PIC16C72单片机的直流无刷无位置传感器电动机的控制研究

本文基于PIC16C72单片机提供了一种利用端电压比较结合软件算法直接寻找换相点的方案．解决了直流无刷无位置传感器电动机控制的关键问题，转子位置检测。     

无轴承永磁同步电机转子速度自检测复合方法研究

针对单一转速估计方法难以实现全速范围内准确估计转子速度的缺陷,提出一种转速估计复合方法,即在零速及低速运行时,采用脉振高频信号注入法。该方法不依赖于电机模型参数而仅依赖于电机本身的凸极特性,可实现零速及低速时转子速度的准确估计;高速运行时,采用带多重次优渐消因子扩展卡尔曼滤波器（SMFEKF）进行转速估计,利用SMFEKF极强的模型失配鲁棒性和独特的强跟踪能力,有效地提高系统在稳态及突变状态下的跟踪性能。通过设计两种方法的“软切换”,实现低速到高速的平滑切换,并将该复合方法在无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统中进行仿真研究。仿真结果表明：该复合方法能在全速范围内实现转子速度与位置的准确估计;在系统状态突变或负载扰动时,误差更小,鲁棒性更强。     

Design and performance analysis of an iterative flux sliding-mode observer for the sensorless control of PMSM drives

To improve the performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives, a sensorless control scheme based on a novel iterative flux sliding-mode observer (IFSMO) is proposed in this paper. Two major drawbacks of the conventional sliding-mode observer (SMO), namely, chattering phenomena and high-order harmonics, are discussed. These drawbacks affect the estimation accuracy of the SMO and reduce the control reliability of the system. To eliminate high-order harmonics, a flux SMO is designed by expanding the PMSM state equations with the PM flux. The flux SMO estimates the rotor speed and position using the flux linkage instead of back-EMF information. Moreover, to reduce the chattering in the estimation results, the proposed flux SMO is iteratively used in one current sampling period to adaptively adjust the observer gain. An overall PMSM sensorless control system based on the proposed IFSMO is designed, and an experimental platform using the TMS320F28335 digital signal processor (DSP) controller is built. The superior chattering reduction and harmonic suppression characteristics of the proposed IFSMO are experimentally validated, and the experimental results verify the feasibility of using the proposed IFSMO-based PMSM sensorless scheme in practical applications.