基于磁链滑模观测器的IPMSM无传感器控制系统研究

本文根据内置式永磁同步电动机(IPMSM)的线性磁链模型,以定子电流和线性磁链为状态变量构建磁链滑模观测器,用于从观测磁链中提取位置信息实现无速度传感器控制。观测器中用实际电流与重构电流偏差构建滑模切换面,将得到的等效控制信号经反馈矩阵引入线性磁链模型中,利用磁链误差方程的滤波特性消除抖振分量,得到正弦度高的观测磁链。然后利用锁相环的频率跟踪特性,从磁链观测值中提取转子位置角及转速信息。与传统反电动势滑模观测器相比,无需低通滤波器,提高了位置辨识精度,具有更快的动态响应。仿真和实验验证了该控制方法的有效性。     

基于新型定子磁链观测器的直接转矩控制

文中提出一种基于转子位置的面贴式永磁同步电动机的定子磁链估计方法。该方法从转子的位置信息和定子电流预测定子的磁链。给出了磁链观测器的数学模型，并在空间矢量调制直接转矩控制（SVM-DTC）策略中对该磁链观测器与常规电压积分式观测器进行了比较研究。仿真与实验结果表明，采用该观测器的SVM-DTC可以在2％-100％额定转速内稳定运行，电流波形畸变小，转矩性能优越，而采用常规电压积分式观测器的SVM-DTC在转速低于15％额定转速已不能稳定运行。     

无传感器内置式永磁同步电机低速运行转子位置鲁棒观测器

低速运行控制是无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)控制系统的关键技术。为了改善无传感器IPMSM矢量控制系统的低速性能,研究了一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测器,以使位置观测环节具有较强的抗负载扰动能力。在分析扰动转矩可能导致观测器收敛到磁极相反位置问题基础上,针对扰动转矩特性对转子位置鲁棒观测器的结构进行设计。根据阶跃式和斜坡式扰动转矩特性及位置观测误差期望指标,采用极点配置的方法对观测器反馈增益矩阵参数设计进行分析。通过IPMSM无传感器矢量控制系统验证了该转子位置鲁棒观测器的有效性。     

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。     

基于线性磁链的IPMSM位置检测技术

针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)很难在静止坐标系下利用磁链预估转子位置的问题,在基于线性磁链的IPMSM数学模型的基础上,用电流观测误差构建滑模平面,提出了一种用滑模观测器来预估转子位置和速度的方法。该方法解决了外加低通滤波器引起的预估磁链的相位滞后,提高了位置和速度估算的鲁棒性。建立场路耦合模式下的IPMSM全数字无位置传感矢量控制仿真系统,精确地反映永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性,并搭建和仿真系统一致的实验平台。实验结果与仿真结果表明该设计方法的正确性和可实现性。     

永磁同步电机新型无传感器控制方法

为了提高永磁同步电机直接转矩控制系统抗干扰性,解决传统直接转矩控制中系统脉动大的问题,分析了永磁同步电机的数学模型,并设计了抗干扰性较强的定子磁链观测器。通过测量定子电压和电流,采用扩展卡尔曼滤波技术,估计转子位置和定子磁链,并提出扩展卡尔曼滤波中协方差矩阵参数的设计方案。最后,对该方法进行仿真和实验。结果表明,卡尔曼滤波观测器在准确估计转子位置和定子磁链的同时,能有效降低系统脉动。     

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...     

感应电动机无速度传感器直接转矩控制设计

对磁链调节器与转矩调节器进行计算并结合磁链位置判断,选取合适的定子电压矢量,实现感应电机圆形磁链的直接转矩控制;采用以定子磁链和转子磁链为状态变量的全阶闭环磁链观测器,实现转速的自适应辨识.实验结果表明,定子电流为正弦波且谐波小,电磁转矩稳态和动态性能好,电机的辨识速度能准确跟踪真实转速.     

基于位置三角信号注入的永磁同步电机磁链在线辨识

针对永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM)数学模型欠秩性质引起转子磁链和定子电阻之间的耦合,导致基于模型法的磁链在线辨识困难的问题,该文提出一种基于位置三角信号注入的磁链在线辨识方法,该方法在转子位置(电角度)上注入正负对称三角波信号,利用注入信号分别为正、负时的直轴电压响应相减,实现磁链与电阻之间的解耦,建立磁链辨识的全秩方程,然后结合扩展卡尔曼滤波器算法,构建磁链观测器,实现磁链在线辨识。注入信号后电机的交、直轴电流和转矩的扰动很小,适用于内置式永磁同步电机(interior PMSM,IPMSM)和表贴式永磁同步电机(surface-mounted PMSM,SPMSM)。此外,该方法消除逆变器非线性因素对辨识精度的影响。最后,在1.5kWIPMSM系统和2.2kWSPMSM系统上进行实验验证,结果表明该文提出的磁链在线辨识方法准确有效。     

一种IPMSM无位置传感器系统设计的新方法

针对内置式永磁同步电机IPMSM(interior permanent-magnet synchronous motor),本文给出一种新的无位置传感器系统设计方案.由转子永磁磁链角的估计值和同步坐标系下定子磁链的代数模型得到定子磁链的估计值,经旋转变换后与静止坐标系下由定子电压、电流积分模型得到的定子磁链进行比较形成反馈闭环来抑制积分漂移,并利用两者的叉积经锁相环得到IPMSM转子转速和位置的估计值.与已有的EEMF状态观测器方法相比较,本文所提方法简单且有更好的动态和静态估计性能.最后通过仿真和实验验证了所提算法的可行性和有效性,试验中为提高系统在低速下的性能,对逆变器的非线性进行了补偿.     

内嵌式永磁同步电机无传感增强型直接磁链控制

介绍一种内嵌式永磁同步电机(IPMSM)的无传感器增强型直接磁链控制(EDFC)研究,包括新型的基于定子磁场定向的EDFC控制架构,控制对象为磁链和转矩。采用基于"前馈补偿环节"加"电压和电流混合磁链模型"的增强磁链观测器,与传统磁链观测器相比,能够解决定子磁链值的直流飘移现象,又无幅值和相位的误差,且具有较好的鲁棒性,能够兼顾低速和高速,高速性能优良,低速出力较大。仿真与实验均证明了该控制方法的有效性。     

基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

基于有效磁链滑模观测器的IPMSM直接转矩控制

提出了一种有效磁链滑模定子磁链观测器。与一般滑模磁链观测器不同的是该观测器并不包含转速自适应环节,从而避免了由于转速估计误差所导致的磁链观测性能下降。采用Lyapunov稳定性理论证明了观测器渐近收敛。通过实时估计有效磁链信息,间接计算出电机转速,从而实现内置式永磁同步电机(IPMSM)的无速度传感器直接转矩控制。仿真结果表明了该方法的有效性。     

电动汽车空调无位置传感器的内置式永磁同步电机控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器的转子位置和速度估计的难点,提出了一种基于改进定子磁链观测器的转子位置、速度的估计方法。该方法结构简单,涉及电机参数少。通过引入有效磁链概念对IPMSM的电压方程进行等效变换,对两相静止坐标系下的反电动势进行积分。为了抑制反电动势的积分环节带来的积分饱和和直流漂移问题,设计了截止频率可以自动调节的低通滤波器来代替积分器。对于在低速时低通滤波器所带来的磁链幅值衰减和相位超前问题,利用饱和反馈对观测误差进行补偿。最后通过锁相环进行位置的估计。搭建了MATLAB/Simulink仿真平台。仿真表明:该方法能够实现对IPMSM全速度范围内的转子位置的高精度估计。     

基于转子高频脉动电流注入的同步电动机无位置传感器型直接转矩控制

为了实现直接转矩控制电励磁同步电机(electrically excited synchronous motor,ESM)驱动系统零转速及极低转速时无位置传感器运行,提出一种新型转子位置角观测器。首先在转子回路注入高频脉动电流;其次,为了仅在d轴方向产生定子高频脉动电流,利用电磁转矩闭环在电磁转矩中注入同频率的高频脉动分量;最后借助于锁相环原理观测出转子位置角。利用磁链的电流模型和观测位置角,计算出定子磁链及电磁转矩,并构建无位置传感器直接转矩控制系统。实验结果表明所提无位置传感器驱动系统任何负载时均可以稳定运行于零转速及极低转速。     

考虑磁饱和的感应电机MTPA转矩控制

感应电机的最大转矩电流比(MTPA)控制算法根据需求转矩调节磁链幅值,以达到转矩与定子电流比值的最大化。因磁链随转矩的变化而变化,不再像传统控制算法保持磁场幅值恒定,磁场非线性饱和效应会对控制系统产生影响。针对此问题,该文提出考虑磁饱和特性的MTPA转矩控制系统。根据需求转矩以及饱和模型,通过线性搜索寻找最优磁链目标值,并在计算励磁电流时考虑d轴转子电流的动态特性,用降阶观测器观测转子磁链,并在设计滑模磁链控制器以及反步法设计转矩控制器时考虑观测误差,以确保控制器参数的设置能达到全局稳定。仿真和实验结果证明了所设计控制器的有效性。     

三相四开关逆变器供电的IPMSM直接转矩控制系统建模与分析

为获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动,将基于比例-积分控制器和空间矢量调制的直接转矩控制(PI-SVM DTC)引入到由三相四开关逆变器供电的凸极式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统中。鉴于电机的强耦合性,同时为便于分析其定子磁链环,建立了IPMSM在静止坐标系下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。为改善系统的稳态性能,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测。揭示了传统定子磁链环极点放置位置存在的问题,并利用一种简单的方法对定子磁链环极点位置进行优化。对PI-SVM DTC的转矩环进行建模分析,为PI控制器的设计提供依据。另外,为抑制三相四开关逆变器直流母线中性点电压偏移,根据其偏移量生成合适的补偿量,并将其添加到定子磁链控制环中。实验结果验证了该模型的有效性。     

一种用于间接转矩控制系统的磁链观测方法

间接转矩控制系统中涉及到定、转子磁链的估计.传统的观测方法由于受系统不确定性的影响,很难获得满意的效果.利用滑模方法鲁棒性强的特点,设计了滑模观测器来估计转子磁链.通过实时求解一个极点配置19题,将观测器的切换增益变换为转子速度的自适应函数,从而保证了观测器在整个运行范围内具有较强的鲁棒性.将所设计的观测器应用于感应电动机间接转矩控制系统,其中的定子磁链估计由转子磁链和定子电流估计量来构造.实验结果校验了方法的有效性.     

基于滑模变结构的PMSM直接转矩控制

分析了永磁同步电机(PMSM)数学模型,设计了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制技术的直接转矩控制(SVM-DTC)系统。利用两个PI控制器分别调节磁链和转矩实现对电机空间矢量中转矩和磁链两分量的解耦,同时采用基于转子位置和定子电流的定子磁链估算方法观测定子磁链,并设计滑模变结构无速度传感器来估算转子位置。仿真结果表明,所提出的方法能有效地估算定子磁链与转速,减小电磁转矩和定子磁链脉动,从而使系统具有较好的动、静性能。     

基于周期细分的IPMSM直接转矩控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)传统直接转矩控制(DTC)策略存在的磁链和转矩脉动较大等问题,深入分析了离散型空间矢量调制直接转矩控制(DSVM-DTC)和基于平均值法的占空比调制DTC两种控制方法,从转矩和磁链波动、电流谐波含量等方面对这两种方法进行了实验对比分析。实验结果表明,与DSVM-DTC相比,基于平均值法的占空比调制DTC的转矩、磁链脉动以及电流谐波含量更小,系统稳态性能更好。