内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题,提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法.采用注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置,设计一种通过PI跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案,当误差调节至零时将获得磁极位置初判值,降低了算法的复杂性.以磁极位置初判值为矢量角,往定子绕组注入2个方向相反的脉冲电压矢量,通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性,实现对位置初判值进行校正,从而获得转子初始位置估计值.应用所提出的估计方法对一台22kW内置式永磁同步电机进行实验,得到转子位置电角度平均估计误差为4.6°.     

Position sensorless control of interior permanent magnet synchronous motor using extended electromotive force

Driving a permanent magnet synchronous motor (PMSM) requires the rotor position information to control the motor torque, and this is generally detected by mechanical position sensors such as an encoder or a resolver. However, these sensors increase the machine size and the cost of the drive, and reduce reliability of the system. Therefore, many papers about position sensorless drive method of PMSM have been published. This paper presents a position sensorless control of interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). A mathematical model of IPMSM using the extended electromotive force (EMF) in the rotating reference frame is utilized to estimate the rotor speed and position. This model has a simple structure integrating position information into the extended EMF term. Therefore, the sensorless control based on the mathematical motor model can be implemented simply. The estimation method proposed is based on the principle that the error of the current is proportional to that of extended EMF. This method was carried out using a 6‐pole, 400‐W, 1750 r/min test motor system. It was found that sensorless speed control was achieved from 80 r/min to 1800 r/min under 0 to 100%loads. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(3): 41–48, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20406     

永磁同步电机初始磁极位置检测方法

根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位法。该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位。最后通过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置。所提方法能够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机。实验证明:该控制方法结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性。     

一种新颖的永磁同步电动机无位置传感器技术

无位置传感器技术是永磁同步电动机调速系统的一个发展方向.本文剖析了已有的两种典型直接估算方法,提出了一种新颖的无位置传感器技术.通过分别计算出定子磁链矢量角位移与转矩角,将后者从前者中减去得到转子磁链矢量的角位移进而得到转子速度信号,并采用改进积分器取代传统的积分器.该技术能有效地改善磁链原点漂移,提高直接转矩控制系统的磁链角位移与转速的求解准确度.仿真及实验研究结果表明,采用这种无位置传感器技术的永磁同步电动机调速系统,具有良好的调速控制性能.     

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.     

内置式永磁同步电机牵引系统宽调速非线性控制器

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)牵引系统机械参数时变、恒转矩区需高转矩输出、恒功率区需宽调速问题,运用非线性自适应控制理论,设计了一种电流滞环控制非线性自适应反步控制器。该非线性控制器在恒转矩区采用最大转矩比电流控制,提高转矩输出能力;在恒功率区采用弱磁控制策略,扩大调速范围;同时对电机参数摄动有较强的抑制能力,表现出较好的鲁棒性。仿真结果证明了IPMSM牵引系统非线性控制器的正确性和有效性。     

基于载波频率成分的永磁同步电机转子定位研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制中转子定位可能反相、低速时转子位置精度差等问题,研究一种基于载波频率成分法的转子定位方法。在分析载波频率成分法原理的基础上,利用逆变器固有的含载波频率成分的电流信号,通过建立新的坐标系,将电流信号经带通滤波处理得到载波频率成分电流,用滤波后的峰值电流估算出转子位置。分别在Matlab/Simulink和基于DSP的硬件平台中对该方法进行仿真和实验验证。实验数据表明,载波频率成分法转子计算误差在合理范围内,在电机启动和低速阶段也能很好地估算出转子位置,该方法能准确估算出转子位置。     

考虑铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量

提出一种计及铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量方法。基于实验室常用的永磁同步电机驱动控制平台,详细阐述永磁磁链、定子电阻、等效铁损电阻和d、q轴电感参数的测量原理及实现方法。所提方法具有理论概念清晰、实现简单、通用性强的特点。通过对内置式永磁同步电机进行实际测试,验证所提方法的有效性和可行性。     

永磁直线同步电机驱动系统速度和位置无传感器检测新方法

为了实现永磁直线同步电机(PMLSM)无传感器伺服控制,必须估计出电机的速度和磁极位置.本文提出了一种通过电机电流和电压信号估计PMLSM速度和位置的简单方法.在建立PMLSM三相电压模型的基础上,通过park变换,得到基于估计位置的dq轴模型,从而求出由轴电流微分.另外通过实际电流信号计算出电流微分.通过两个电流微分...     

基于高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机控制

低速运行控制是无传感器永磁同步电机控制系统的关键技术之一。为提高无传感器PMSM矢量控制系统的低速性能,深入研究了一种基于高频脉振电压注入的转子位置估计方法。在估计的转子参考坐标系中注入脉振的高频电压信号,通过检测IPMSM定子侧的高频电流响应并对其进行适当的信号处理,获得了估计的转子位置和转速,实现了采用高频脉振电压注入法的无传感器速度控制。仿真结果表明该方法对电机转子位置和转速都具有良好的跟踪效果,能够使电机稳定有效地运行在低速甚至零速度状态。     

永磁同步电机位置伺服控制器及其Backstepping设计

基于永磁同步电机(PMSM)精确的数学模型，针对PMSM绕组相电流和转速强耦合特性，用Backstepping方法设计高性能PMSM位置跟踪控制器。根据Lyapunov定理证明所设计的控制系统具有全局稳定性。结果表明，用Backstepping方法设计的PMSM控制系统可以获得很好的跟踪效果，并且其滤波跟踪误差迅速以指数特性收敛到零，达到很好的位置伺服控制特性。     

Trend of permanent magnet synchronous machines

The performance of permanent magnet synchronous machines (PMSMs) has improved rapidly by the progress in elemental technologies such as electromagnetic material technology, computer‐aided design technology, control technique, and drive circuit technology, and thus PMSMs are attractive as high‐performance machines in various fields. This paper describes the recent technology and the trends in PMSMs. To begin with the PMSMs are classified by the ratio of magnet torque to the reluctance torque and their features described, then the trend of the motor design and the electromagnetic material for highly efficient PMSM is shown. The technologies that help to reduce the vibration and noise are also described, and the recently developed PMSMs for traction drive application are introduced. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Optimum design of a multilayer interior permanent magnet synchronous motor using reluctance torque

The report analyzes the results of experiments done with an inverter drive interior permanent‐magnet (IPM) motor. We examine results of both FEM (finite element method) simulation and experiments using a prototype motor with identical conditions set for stator and magnet volume. The results indicated that with magnets implanted inside the rotor, the values for the d‐axis inductance of the motor remained roughly the same, unaffected by the shape or number of layers. However, the q‐axis inductance exhibited significant change. This research report compares an IPM motor having two layers of permanent magnets with a motor having a single layer. The dual layer shows a 30% or greater increase in torque using the same current. These results indicate that this motor is especially effective for such applications as robots, plant machinery, compressor motors, and electric vehicles. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 127(1): 64–72, 1999     

采用非线性观测器的PMLSM无位置传感器控制

为了满足永磁直线同步电机( PMLSM)运动控制系统必须确定电机磁极位置的需求,提出一种利用电机端电压和端电流信号,通过非线性观测器估计定子磁极位置和动子速度的方法.该非线性观测器首先估计出磁极位置角的正弦量和余弦量,再估计出位置角θ,然后利用PI跟踪控制器得到动子速度信号.该算法和Lunberger观测器以及Kalm...     

内嵌式永磁同步电机转子初始位置检测(英文)

针对内置式永磁同步电机的无感器运行问题,提出一种转子初始位置估计方法。通过对内嵌式永磁同步电机的定子绕组施加合适的电压脉冲,检测未通电相的端电压就可以获得转子的位置信息。利用磁饱和效应对凸极性的影响来区分南北极,从而区别2个稳定区,转子初始位置估计方法的分辨率为30°电角度。以DSP控制的永磁同步电机系统为试验平台,对所提出的方法进行了试验验证及试验结果分析,结果表明,提出的方法能够可靠而有效的估计初始转子位置。     

永磁直线同步电机无位置传感器动子位置辨识

为了获取无位置传感器伺服系统中永磁直线同步电机的动子位置和速度,采用基于磁链变化的动子位置检测方法,利用两次磁链中值代替传统滤波器来快速消除反电势纯积分造成的磁链漂移现象,并采用死区补偿算法解决低速状态下重构相电压与实际相电压差值较大的问题.以空心式永磁直线电机为研究对象,分析1 ～5 Hz运行时的动子位置估算误差,以及电机参数对动子位置估算结果的影响.通过实验测得当运行速度为3 Hz时动子位置估算结果的均方根误差为0.024 rad,误差较小.实验结果表明,基于磁链变化的动子位置估算方法能够获得永磁直线电机在低速运行时的动子位置信息.     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

采用拼接式转子的内置永磁同步电动机的优化设计

针对传统内置永磁同步电动机漏磁系数较大,隔磁桥机械强度较差等特点,提出一种拼接式转子,这种转子具有若干个独立的铁心,用高强度非铁磁部件通过鸽尾形槽把这些铁心拼接起来,这种转子不需要隔磁桥,所以这种转子能够有效限制漏磁。拼接式转子的铁心具有一些磁障(空气槽),这些磁障可以影响气隙内的磁场分布从而实现近似正弦分布的气隙磁密波形。初步设计了一台基于拼接式转子的3 k W电动机,采用田口法对转子磁障的关键参数进行了优化,并对拼接式转子和传统内置永磁转子进行了对比分析,结果表明所提出的拼接式转子优于传统内置永磁转子。     

A totally enclosed traction motor using a permanent magnet synchronous motor

Ventilated‐type traction motors are widely used for railway vehicles. However, they require overhauls to clean inside them. In addition, they are a major noise source in railway vehicles. To solve these problems, we propose a totally enclosed‐type traction motor using a permanent magnet synchronous motor that has the same weight power ratio as that of a conventional ventilated‐type traction motor. In this paper, we report the test results of the proposed motor. The test results demonstrate that the temperature rise values are within its limit and the noise level is decreased by 10 dB compared to conventional motors. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(3): 71–80, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20079     

基波电压线性化的永磁同步电动机控制策略

针对轨道交通永磁同步牵引系统全速度范围内的调速性能,在低速区采用异步调制模式,在中高速区采用不同分频的同步调制模式;为了满足各种模式之间的平滑过渡,提出了对基波电压进行线性化处理的策略,并将所提方法与恒转矩区的最大转矩电流控制、恒功率区的弱磁控制相结合,实现了轨道交通永磁同步牵引系统全速度范围内的调速。在充分利用开关频率的同时,提高了直流电压的利用率,可以保证三相电流和线电压波形的对称性,减少谐波含量,降低尖峰电流;同时对基波电压进行线性化处理后,各个模式之间的切换及负载突变时,系统稳定、抖动小。通过仿真及地面试验,验证了本文提出方案的有效性。