考虑饱和凸极补偿的永磁同步电动机转子位置估计

提出了基于高频信号注入和凸极跟踪的内埋式永磁同步电动机转子位置估算方法,对电机的饱和凸极进行了建模、测量与分析,并设计了饱和凸极的解耦观测器,补偿饱和凸极对电机转子位置估计的影响。实验结果表明,所提出的方法能够在低速和零速下可靠地估算出转子的磁极位置,对电机的参数变化不敏感,并且减小了转子位置估计的误差,提高了位置估计的精度。     

考虑饱和凸极补偿的永磁同步电动机转子位置估计

提出了基于高频信号注入和凸极跟踪的内埋式永磁同步电动机转子位置估算方法,对电机的饱和凸极进行了建模、测量与分析,并设计了饱和凸极的解耦观测器,补偿饱和凸极对电机转子位置估计的影响。实验结果表明,所提出的方法能够在低速和零速下可靠地估算出转子的磁极位置,对电机的参数变化不敏感,并且减小了转子位置估计的误差,提高了位置估计的精度。     

基于高频信号注入法的IPMSM转子位置估算

为了准确可靠地估算永磁同步电动机在低速及零速下的转子位置,提出了一种包含饱和凸极解耦的高频电压注入法.阐述了高频旋转电压注入法检测内嵌式永磁同步电动机转子位置的基本原理,建立了包含饱和凸极等多重凸极的内嵌式永磁同步电动机数学模型,分析了饱和凸极对转子位置估算精度和系统动态特性的影响,研究了饱和凸极的离线测量方法,在此基础上采用查表法解耦饱和凸极,实现了基于高频注入法的内嵌式永磁同步电动机转子位置估算.实验结果表明,所提出的方法在动态和稳态条件下均能有效抑制饱和凸极的影响,准确可靠地估算出转子位置,且对电机参数不敏感,鲁棒性较高.     

永磁型无轴承电机的无传感器运行研究

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上，针对永磁型无轴承电机无传感器运行的需要，提出了一种基于电机空间凸极跟踪的转子位置估算自检测方法，讨论了利用高频信号注入、外差法空间凸极信号提取及转子位置跟踪观测器设计等位置检测原理和实现技术，并应用这种位置检测方法建立了永磁型无轴承电机无位置传感器的矢量控制系统。仿真研究表明，上述空间凸极跟踪方法能在内插式永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的位置，能在高、低速和大负载扰动下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

基于传感器集成概念的永磁同步电机转子位置检测

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出了一种基于电机凸极跟踪的转子位置估算自检测方法;讨论了利用高频信号注入、外差法及转子位置跟踪观测器等转子位置检测原理,并应用这种位置检测方法建立了永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的仿真模型。仿真研究表明,上述凸极跟踪方法能在永磁同步电机全速范围(包括零速和极低转速)准确地观测出转子的位置,是一种基于传感器与电机集成概念的无传感器交流调速系统,具有较好的静、动态性能。     

内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题,提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。基于凸极跟踪的原理,通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置,在此基础上,采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断,实现对估计转子位置的极性校正,并且补偿估计转子位置的偏移误差,从而得到转子初始位置。在实验平台上进行了实验验证,实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置,实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。     

基于扩张状态观测器的五相电机在单相开路故障下的低速无位置控制技术

为进一步增强五相电机驱动系统的可靠性,该文对单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行研究。基于故障电机空间解耦模型,采用脉振高频电压注入法跟踪磁饱和凸极实现故障电机的无位置控制;然而由于驱动系统非线性、模拟调理电路延时、电机凸极型较弱等因素,使得故障电机在转子位置解调和观测上变得较为困难。为解决以上问题,提出一种新颖的转子位置解调方法、和基于扩张状态观测器的转子位置估算及分析方法,分别改善故障模式下五相电机的无位置控制精度和动态性能。最后,在实验平台上实施单相开路模式下的无位置控制技术,验证该方法的有效性。     

永磁同步电机转子位置辨识研究

传统脉振高频电压信号注入法在估计永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)转子位置时,因无法辨识转子N/S极而存在位置估算可能相反的问题。利用电机磁场的饱和效应,提出了一种新型转子位置辨识方法,通过分析包含转子位置误差信息的二次高频电流分量,对转子永磁体磁极极性进行判别,结合传统方法,准确辨识出转子位置。对一台凸极式PMSM进行了转子位置估计实验,验证了该方法的有效性。     

基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法.文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行.实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能.     

基于载波注入的凸极永磁同步电动机无传感器控制

为了解决凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置估计问题，提出了一种载波注入的无传感器控制方法。在电机定子端注入高频正弦载波电压信号，利用空间凸极跟踪技术，从载波电流中取出位置估计的误差信号，再经过卡尔曼滤波器的处理，得到位置和速度估计信息。载波的恢复即高频信号的解调则通过一个带有外差作用的二阶低通滤波器来实现。仿真结果证实了这种方法的可行性，它适用于凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置和速度估计。     

内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识

在无速度传感器工作条件下,为了实现永磁同步电机转子位置和转速的精确控制,需要对电机参数进行在线辨识。本文研究了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的辨识。该调速系统采用转子磁链定向的矢量控制作为基本的控制策略,利用模型参考自适应系统对转子位置和转速进行估算,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁磁链辨识方法。本文基于上述研究,实现了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识,采用上述方法能够很好地避免由于电机的低阶状态方程而引起的辨识问题。仿真和实验结果证明了该辨识方法的可行性与有效性,而且在模型参考自适应中采用辨识得到的磁链参数,能够大幅度降低转子位置的估算误差。     

基于自抗扰控制器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器故障是内置式永磁同步电机可靠性降低的重要原因之一。针对无位置传感器算法中滑模观测器存在观测角度滞后和系统抖振的缺陷,提出了一种以自抗扰控制器为核心的无速度传感器控制方法。该方法基于内置式永磁同步电机的扩展反电动势模型,重新设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使之不再依赖于永磁体磁链参数。针对位置和速度估计问题,系统将扩展反电动势纳入未知扰动,采用状态扩张观测器对其进行估计,最后使用锁相环生成转速和转子位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够准确估计电机转子位置,并具有很好的稳态性能。     

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。     

永磁同步电机无位置传感器混合控制策略

转子位置混合观测策略对于实现无传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)全速域运行非常关键。针对IPMSM无传感器矢量控制系统,提出一种由高频信号注入法与反电动势模型法的位置误差信息相融合的混合观测方法。低速运行时注入脉振高频电压信号,通过对高频电流幅值处理获得转子位置误差信号,中高速运行则通过反电动势模型滑模观测器获得位置误差信息,对两种方法所得位置误差信号进行归一化处理,并根据运行转速对归一化后的位置误差信号以加权的方式进行信息融合。通过一个软件锁相环获取混合位置观测值,并分析混合观测器的稳定性及参数设计。最后通过2.2kW IPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。     

城轨牵引内置式永磁同步电机转速及转子位置检测

针对城轨牵引无传感器内置式永磁同步电机的运行要求,设计了一种基于新型滑模观测器的内置式永磁同步电机转速及转子位置观测器,通过电机电流的滑模观测模块对扩展反电动势进行观测,使用S型函数取代传统的离散控制律,以削弱系统“抖振”;采用转速参数辨识和转子位置角度的锁相环将转速与位置分开观测,以提高转速和转子位置的观测精度;采用变参数PI控制器替代传统的内置式永磁同步电机速度控制环中恒参数PI控制器,以改善系统动态性能.证明了该新型滑模观测器的控制系统的稳定性,开发了基于STM32F103嵌入式微控制器的滑模观测矢量控制系统,实验结果验证了该控制策略的有效性与可行性.     

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。     

Rotor and flux position estimation in delta-connected AC Machines using the zero-sequence carrier-signal current

This paper analyzes carrier-signal voltage injection zero-sequence current-based sensorless control techniques for delta-connected three-phase ac machines. The analysis will focus on rotor position estimation (tracking of rotor-position-dependent saliencies), but the method applies equally well to flux position estimation (tracking of flux-dependent saliencies). The paper first develops a theoretical model and then provides analysis of relevant implementation aspects, such as selection of carrier-signal frequency and voltage magnitude, measurement of the zero-sequence carrier-signal current, measurement and compensation of saturation-induced saliencies, and the signal processing needed for position/flux angle estimation. A similar implementation to that proposed in this paper, and with practically the same performance in terms of accuracy and estimation bandwidth, can be obtained for the case of wye-connected machines using the zero-sequence carrier-signal voltage, as shown in IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 6 pp. 1637-1646, Nov./Dec. 2005.     

Rotor position estimation method of IPMSM using HF signal injection and sliding‐mode controller

This paper presents a simplified algorithm for the estimation of rotor position. A high‐frequency (HF) sinusoidal voltage is injected into the stator of a motor. An interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) has spatial saliency because the d‐ and q‐axis inductances are different from each other. The injected HF voltage is influenced by this saliency. Therefore, the rotor position is included in the stator current of the motor. The proposed method uses different synchronous reference frame transformations (SFTs) to extract the rotor position error between the estimated value and actual value. Also, a sliding‐mode controller is used for robustness against parameter variation and external disturbance. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed method by showing waveforms of the rotor speed and position with load conditions. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Position estimation in induction machines utilizing rotor bar slotharmonics and carrier-frequency signal injection

This paper presents a simple and robust way of utilizing harmonic saliencies created by rotor and stator slotting, present in some induction machine designs, for the estimation of rotor position. The injection of a carrier-signal voltage, in addition to the fundamental excitation, produces a carrier-signal current that contains the desired spatial information. A closed-loop tracking observer is then used to extract this spatial information for the estimation of the rotor position. Due to its reliance on a spatial saliency and carrier-frequency signal injection, the technique is very robust over a wide speed range, including low and zero speed