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。     

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.     

考虑互感影响的开关磁阻电机无位置传感器控制技术

针对开关磁阻电机采用电流斩波控制(CCC)方式时相间互感对无位置传感器角度估算的影响,提出一种转子位置估算方法,该方法可以消除相间互感对位置估计的影响,并且无需测量相间互感大小。当电机在单相励磁区时,此时采用变系数电感模型方法进行角度估计;当电机在两相同时处于励磁区时,相间互感不为零,此时对导通相的磁链做差值运算以消除相间互感,最终通过实验对提出的转子位置估算方案进行验证。实验结果表明,与传统的忽略相间互感影响的转子位置估计方案相比,该方案能够消除互感对转子位置估计的影响,并且具有更高的估计精度,能够实现较大转速范围的无位置传感器稳定可靠运行。     

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.     

一种开关磁阻电机无位置传感器控制效率优化策略

针对开关磁阻电机(SRM)的简化磁链法只能实现单相导通运行且导通区间固定的缺点,提出了一种结合固定关断角和自适应调节开通角的无位置传感器控制技术。利用曲线拟合关断位置磁链取代传统存储数据表,通过对比实时计算的动态磁链和曲线拟合的静态磁链,确定关断位置信号并估计转速和其他位置。考虑电机阻抗和电感的非线性特点,优化电感最小区域的开通角自调节模型确定导通区间。仿真结果验证了该方案的可行性和正确性,能够实现转子位置的间接检测,电机的运行效率得到进一步优化。     

Position-controlled synchronous reluctance motor without rotationaltransducer

This paper presents a position sensorless control scheme of a synchronous reluctance motor (SynRM) combining a high-frequency current injection method in the low-speed region and the flux estimation method based on the stator voltages in the high-speed region. The rotor has inherent saliency, and its angle can be estimated from d-axis stator current injection and the appropriate signal demodulation in a low-speed region. In the high-speed region, the rotor can be estimated by the stator flux from the voltage information. The scheme gives a robust and dynamic estimation of the rotor angle, independent of the operating conditions, including speed and load conditions. Experimental results of closed-loop speed and position control with a 3.75 kW axially laminated SynRM are given to verify the proposed scheme     

High-grade position estimation for SRM drives using fluxlinkage/current correction model

This paper proposes a principle of high-resolution sensorless position estimation for a switched reluctance motor (SRM) drive, using either flux linkage or current to correct for errors in rotor position. The estimation algorithm makes full use of the nonlinear magnetic characteristics of the SRM through correlation of current, flux linkage and rotor position. The estimation model is simple, but with no loss in accuracy, leading to few real-time computations. Furthermore, a criterion is proposed to choose the phase most suited for position estimation when more than one phase conducts. The algorithm can also correct the predicted flux linkage, which, in turn, may be used to further correct the position estimate, and the features hereof are discussed. Simulations, real-time implementation and experimental results using the algorithm are presented, and confirm the concept     

SRM空间电感向量法低速无位置传感器控制技术

为解决开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)无位置传感器启动和低速驱动运行控制的研究难题,文中基于SRM空间电感向量模型提出了一种新的转子位置估计方法。在电机启动及低速驱动运行两种不同状态下,该方法通过对电机绕组进行高频脉冲注入以实现三相电感辨识,并结合复平面内三相电感向量模型与转子位置角度之间的余弦函数关系,采用反余弦变换实现SRM转子位置准确估计。最终通过仿真和实验对提出的无位置方案进行了验证,结果表明,该方法能对SRM转子位置进行准确定位并实现无位置传感器可靠启动及低速运行。     

汽车起动用开关磁阻电动机能量优化数字仿真和实验研究

为了便于转子位置信息检测,首先讨论了开关磁阻电机电流一磁链一位置关系的基席原理,给出了一种基于能量优化的磁链法的间接位置检测方案,然后推导出平均转矩最大化戢数学模型,并利用Madab仿真出不同转速下的最优开关角,最后通过实验予以验证.     

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。     

基于分段解析建模的开关磁阻电机在线转矩估算方法

针对目前开关磁阻电机采用单一解析模型进行在线转矩估算存在模型复杂、精度低的问题,提出一种基于分段解析建模的开关磁阻电机在线转矩估算方法。根据开关磁阻电机在一个电周期内磁链特性曲线的对称性及其定转子极弧的结构特点,提出将其半个电周期划分为5个区间,分别建立了每个区间的磁链与转矩简化解析模型,并通过有限元分析及构建基于DSP28335的实验系统分别对上述模型的估算精度与运算时间进行了验证,同时与传统单一解析模型进行了对比分析,结果表明,所提出的分段解析模型相较于传统单一解析模型,不仅有效提高了转矩估算精度,而且显著减少了运算时间,因而有助于提高开关磁阻电机调速系统的控制精度与动态性能,具有较好的应用价值。     

基于改进型简化磁链法的开关磁阻电机无位置传感器速度控制

传统的简化磁链法需要以单相轮流导通和电流斩波控制为前提条件,其中单相轮流导通即在换相角处关断当前相的同时开通下一相的条件使系统的开通和关断角之间存在耦合,不利于在进行无位置传感器速度控制同时实现效率优化或转矩脉动最小化等要求。为此,本文提出了能够任意给定开通角且其与关断角无关的改进型简化磁链法,并以此搭建了开关磁阻电机(SRM)无位置传感器速度控制系统。所提方法仅需控制系统采取关断角固定和电流斩波控制方式,根据所提的改进型简化磁链法,能够确定关断角位置,并可估算出转速和任意时刻转子位置。最后,所提方法和利用该方法搭建的SRM无位置传感器速度控制系统,通过DSP驱动实验,证明了其有效性。     

基于组合式开关的三相变压器励磁涌流抑制策略

针对变压器在空载或者轻载的情况下合闸通电可能引起一次绕组流过励磁涌流等问题,提出一种新颖的组合式开关分相控制思路：通过分析原边采用星形不接地连接方式的三相空载变压器的投切暂态过程,推导了空载变压器在投切瞬间的关联磁链状态,进而反推得到考虑剩余磁通时抑制空载变压器合闸涌流的动态最佳投切相角,改变依赖剩磁测量电路、预先设定固定相角的现有相控模式;建立基于ATP/EMTP的电力变压器模型以模拟其在接通和分断的瞬态过程,获得投切瞬间的电压、电流、磁通等参数特征,验证了所提分相控制原理,给出了控制规律;为了实现分相控制策略,设计一种具有逻辑通信功能的新型三工作模态单极开关控制拓扑,对单极开关进行动态组合,可实现各极触头在最佳相位协调动作、统一控制;搭建硬件控制平台,验证所提控制策略可有效将励磁涌流限制在随机合闸时涌流大小的3%左右。     

基于电流包络线线性分区开关磁阻电机初始位置估计

提出一种开关磁阻电机脉冲电流包络线线性三角形模型的初始位置角估计方法。该方法先将电机相电感进行分区,通过比较每相脉冲电流峰值判断出转子初始分区,再将每个分区的脉冲电流峰值包络线线性化组成三角形,利用三角形的数学知识得到各分区脉冲电流峰值与初始位置角之间的数学模型,将实测的脉冲电流峰值代入数学模型计算出转子初始位置角。该方法算法简单,容易实现,并通过试验验证了该算法的正确性和可行性。     

采用扩展卡尔曼滤波磁链观测器的永磁同步电机直接转矩控制

提出利用卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)观测器对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统进行精确参数估计的方法。通过检测定子电压和电流,应用EKF观测器精确估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,间接估计转矩,近而实现PMSM的无速度传感器控制;同时改进常规的EKF估计状态方程,提高速度估计的精确性,并证明了基于EKF的控制系统的稳定性定理。仿真结果表明该方法减小了系统的非线性、参数变化以及干扰带来的影响,EKF能够准确估计状态变量,提高了直接转矩控制的性能。     

磁链模型的双开关磁阻电机无位置传感器控制

针对开关磁阻电机( SRM)转子位置传感器带来的成本提高、可靠性降低的问题,研究双SRM无传感器控制.利用SRM两个特殊位置的磁链特性,建立非线性磁链解析模型,给出磁链模型中的参数计算方法,提出双开关磁阻电机无位置传感器控制策略.以TMS320F2812 DSP为控制核心,搭建两台18.5 kW SRM控制器,并实现双...     

永磁同步电机无位置传感器启动策略的改进

针对永磁同步电机,提出了一种基于滑模观测器的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器启动控制方法。采用电流闭环-速度开环的(I-F)定位,启动加速和速度-电流双闭环切换的控制方法。启动加速达到设定转速时,进入速度-电流双闭环的切换过程,采用K/cos2曲线对电机电流进行减小,进而减小滑模观测器估测的转子位置与给定坐标系位置的角度差,并使其趋于零,实现状态的平滑切换。最后通过实验验证了所提启动控制方法的有效性。     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速估计方法研究

研究了利用扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter, EKF)对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)矢量控制系统进行参数精确估计的方法。通过引入定子电流和电压,在线估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,进而实现永磁同步电机的无传感器控制。仿真结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链,所构建的无速度传感器矢量控制系统具有良好的控制性能。     

考虑磁路饱和的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

开关磁阻电机在磁路饱和情况下,其导通相电感会随导通相电流的变化而变化,从而影响转子位置估算精度,提出一种电机转子位置估算方法。首先建立了相电感函数关系式;然后分析了相电流与相电感极值定位点位置角之间的关系;最后阐述了由两相邻采样定位点来估算出相应的转子位置角度的实现过程。以三相6/4结构电机进行了相关仿真与实验,结果表明上述方法的可行性。     

基于改进滑模观测器的SynRM无位置传感器控制

针对存在强耦合强非线性的同步磁阻电机无位置传感器控制问题,提出一种考虑磁路饱和的改进滑模观测方法。首先通过有限元仿真获得电流与电感的数据组合和考虑电感变化的最大转矩电流比曲线,以实现电流的最优控制;其次对传统滑模观测器进行改进,用分段指数型饱和函数替代符号函数,减少滑模的固有抖振,并采用正交锁相环技术对电机转子位置与转速进行估算。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明,本文所提出的无位置传感器控制方法在同步磁阻电机转子位置与速度估算上具有良好效果。