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ADMCF328的永磁同步电机控制系统

采用电机专用控制芯片ADMCF328,实现了一个永磁同步电机控制系统的硬件设计方案和控制策略.该方案采用霍尔传感器,实现了转子磁极位置、计算转子转角和电机转速的检测.实验结果表明,该方案具有结构简单、可靠,成本低、升级能力强的特点,实现了永磁同步电机控制系统的设计.     

永磁同步电机稳态短路电流的形成及试验方法

本文对永磁同步电机稳态短路的试验方法和稳态短路电流的形成进行了分析,并通过试验验证,证明了永磁同步电机三相稳态短路电流幅值不受电机转速的影响。     

永磁同步电机无传感器单电流环启动及闭环切换研究

针对永磁同步电机无位置传感器的低速启动问题,对转速开环、电流闭环的单电流环启动法,即给定旋转电流矢量带动电机转子旋转启动进行了研究。采用单电流环启动的方法,开展了由单电流环模式切换到转速闭环模式运行的切换过程分析,提出了在启动及切换过程中增加d轴电流控制环节,即增大"转矩-功角自平衡"区域来优化启动与改进的切换方法,利用DSP构成的全数字交流控制系统对提出的方法在切换时电流冲击与功角差进行了测试。研究结果表明,所提出的启动与改进切换方法是可行的,能够使电机由零速平稳启动,在切换时电流与功角差变化大大减小,可以平滑地完成单电流环启动至转速闭环控制模式的切换,最终平顺地加速到额定运行状态。     

内置式永磁同步电机的无位置传感器控制研究

为方便地提取内置式永磁同步电机的转子位置信息,介绍了一个基于d-q旋转坐标系的电机模型,结合矢量控制的方法来估算转子位置。系统通过检测三相定子电流,搭建了一个估测的正交同步参考坐标系,利用该坐标系上的扩展反电动势,提取出了准确、有效的转子位置信息。通过在Simulink中对该系统的仿真,对比实际位置角与估算角,验证了此方法的可行性。     

旋转变压器硬件在环仿真系统设计与实现

在交流伺服控制系统中,为实现电机高性能闭环控制,获得准确可靠的转子位置和转速尤其重要。旋转变压器模拟电机转子角度和转速信号,传递给电机控制器进行分析和处理。在永磁同步电机硬件在环仿真测试中,需先进行旋转变压器硬件在环仿真实验,能大大缩短电机控制器的研发周期,降低开发成本。     

考虑转速滤波的交流永磁同步电机位置伺服系统自抗扰控制

在高性能交流永磁同步电机伺服系统中,通常会将转速进行滤波后反馈。若转速反馈不考虑转速滤波的实际情况,系统性能必定受到转速噪声的影响,而考虑转速滤波会增加系统的阶数,使参数整定变得困难。为此,设计了一种考虑转速滤波的交流永磁同步电机位置伺服自抗扰控制系统,以表贴式永磁同步电机为例,建立转子磁场定向下的转子机械运动数学模型和机械角状态方程,将转速滤波考虑为一阶低通滤波器,建立转速状态方程,采用误差反馈控制律,构造转速环三阶扩张状态观测器,基于该观测器设计了转速环一阶自抗扰控制器;再以机械角状态方程为基础,构造位置环二阶扩张状态观测器,设计了位置环一阶自抗扰控制器。为了验证设计的可行性,在Matlab环境下搭建了交流永磁同步电机位置伺服自抗扰控制系统模型。仿真实验表明,考虑了转速滤波的交流永磁同步电机位置伺服系统的转速、交轴电流等波动明显减小,系统控制性能得到较大的提升。     

不同气隙长度对电机启动性能的影响分析

在电机设计过程中,只有选定了气隙长度,才能确定转子尺寸,因此电机气隙长度的选取十分重要,可以通过对电机性能的分析与计算来合理选取气隙长度。对于异步启动永磁同步电机,首先应考虑电机采用均匀气隙结构的情况,利用有限元法对异步启动永磁同步电机进行启动分析,得到不同气隙长度对电机启动性能的影响;再通过对启动转矩/转速、启动电流的分析对比,选择较为合适的均匀气隙长度。     

基于转角的迭代学习控制策略下永磁同步电机EPS转矩脉动抑制方法

建立了基于永磁同步电机（ PMSM）的电动助力转向(EPS)模型。由于PMSM固有的非正弦磁通分布、齿槽效应和电流检测误差等因素导致了明显的转矩脉动,因此根据寄生转矩脉动多是转子位置的周期函数和EPS系统中电机转速并非恒定不变的特点,提出了一种基于转角的迭代学习控制算法来抑制EPS中PMSM的转矩脉动,并对此进行了大量的仿真和实验验证。实验结果表明,该方案对EPS转矩脉动具有显著的抑制效果。     

混合式电机无传感器控制的研究

针对混合式永磁同步电机在伺服驱动场合应用范围有限的问题,基于其结构特点对弱磁性能进行了分析,并对控制策略进行了归纳与研究,提出了一种无传感器控制策略。在低速区采用恒电流频率比控制,高速区采用状态观测器反馈转子位置,并基于STM32 ARM Cortex-M4内核单片机搭建了实验平台,电机启动速度达到基速的15%即可切入闭环控制,能够将弱磁扩速至基速的4倍,验证了该控制策略的有效性。研究结果表明:混合式永磁同步电机具有优异的弱磁性能,且采用无传感器控制策略,能够在成本优势的基础上满足宽调速范围的伺服系统性能要求,拓展了驱动系统的应用范围。     

基于电压矢量注入法的PMSM无传感器控制

针对贴面式永磁同步电机的无传感器控制在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,提出了一种新的无传感器控制策略,即根据定子铁芯的非线性磁化特性,采用电压矢量注入法(Voltage Vector Pulse Method),在电机开始运行时,由闭环自适应磁通观测器估算转子位置、速度,实现转子初始位置检测。最终,通过Matlab仿真和实验,验证了该方法的有效性。     

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。     

基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器运行研究

通过注入特定的高频电压信号，利用电机的各向异性以确定转子的凸极位置，在同步电机无传感器矢量控制中，对包括零速度在内的所有速度下都能获得精确的转子位置信息。详细讨论了同步电机的转子位置估算方法，并给出了实验结果。     

基于实测冲击响应的转子碰摩力方向识别方法

提出了基于实测冲击响应的转子碰摩故障诊断特征提取方法.实验表明,该方法能够克服已有方法的缺点,可以准确提取信号中的冲击响应成分,且易于实际应用.在此基础上,提出了确定转子碰摩方向即静子碰摩位置的方法,该方法将转子轴心轨迹中的冲击响应成分投影到各初始相位不同的旋转坐标系中,进而以初始相位为参数,以投影能量最大化为目标进行寻优,从而确定碰摩力方向.并通过实验验证了方法的可行性.     

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。     

永磁同步电机转子起始位置检测新方法

针对目前永磁同步电机(PMSM)起始位置检测方法存在依赖精确的电流检测电路或需要复杂的建模和计算等问题,提出了一种永磁同步电机起始位置的新型检测方法.该方法在电机加电启动时按一定顺序给电机施加24个特殊空间矢量,使电机转子在较短时间内产生微小抖动,通过判断抖动的方向来推算此时电机的转子位置,该方法具有简单易实现的优点....     

转子与限位器碰摩接触时间的测量与分析

作为被动式转子振动控制元件的限位器在限制转子大幅度低频进动和过临界大不平衡响应中有良好的表现 ,为研究限位器设计和转子与其碰摩的动力行为 ,设计了转子与限位器碰摩试验台 ,进行激振碰摩实验 ,利用电容式接触传感器测量出激振碰摩过程中转子与限位器接触频度和时间 ,引入摩擦度描述碰摩的程度和频度 ,分析碰摩接触时间的统计分布特点 ,讨论了碰摩失稳运动的摩擦度特征及其影响因素。     

Fluid-induced instability elimination of rotor-bearing system with an electromagnetic exciter

This paper describes an experimental investigation of whirl elimination of a hydrodynamic bearing with an electromagnetic exciter (EE) and includes a stability analysis through a root locus plot. The test apparatus incorporates the EE, which provides additional stiffness through a PD algorithm in order to stiffen a rotating machine to resolve fluid-induced instability. The stiffness of the hydrodynamic bearing gives a significant contribution to the occurrence of unstable vibrations as the speed or the load of a rotating machine increases. With regard to the whirl-eliminated investigations, the EE used to raise the stiffness of the rotating machine can cause important changes in the stability of the rotating machine. The threshold of stability derived in this paper that affects stability conditions can be used to define the stability margin of the rotating machine. A simple control scheme is used to calculate the amount of the supplemental stiffness supplied by the EE, and is confirmed through experiments. To offer a faster, more stable and more effective strategy for whirl elimination, the dynamic behavior of a rotor system affected by fluid-induced whirl instability phenomena has been successfully studied.     

圆盘转子流体阻力分析与试验研究

分析了圆盘转子在紊态流体中旋转受到的流体阻力,利用边界层理论计算了转子旋转所需的扭矩与功率,设计了转子试验装置,得到了转子在不同转速下所需的扭矩和功率数据,应用最小二乘曲线拟合方法得到了转子扭矩、功率与转速的关系。分析结果表明：转子扭矩与转速的一次方和二次方有关,功率与转速的一次方、二次方、三次方均有关。尽管应用边界层理论计算时忽略了表面形状等因素的影响,计算结果较试验数据偏小但仍可作为选取电机的参考。另外,通过对摩擦阻力系数进行修正,可以得到与试验数据相符的计算结果。     

一种永磁同步电动机的速度零振荡控制策略

针对永磁同步电动机（PMSM）的启动速度振荡问题,在PMSM数学模型基础上,提出了一种速度零振荡控制策略。首先建立了基于PMSM转子磁场定向的矢量控制算法模型;然后利用现代控制理论的极点配置方法将系统等效成一个四阶闭环控制系统;并在此基础之上,对闭环系统施与分时整形输入控制策略。仿真结果证明,提出的控制策略能够改善系统的动态性能,达到速度零振荡的目的,并且减少了功率损耗,延长了PMSM的工作寿命。