基于高频信号的永磁同步机位置极性补偿研究

旋转高频电压注入法在低速或者零速时作为速度位置估计器在永磁同步机无传感器控制系统中是一个非常活跃的研究方向,目前对位置的估计已经接近或达到10位编码器的精度.但是,对于位置极性的辨识还存在不少问题,无法分辨出转子磁极的极性.因此,在传统旋转高频电压信号注入法的基础上,提出了一种永磁同步机无传感器转子初始位置的补偿方法,通过实验证实了这种方法的可行性.     

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°.     

改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法

为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题,提出了一种在电机静止状态下检测转子位置的新方法.该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法,使得可以更为快速、准确的检测出转子初始d轴位置.并且针对传统旋转高频电压注入法无法检测出转子永磁体极性问题,在d-q旋转坐标系下,通过分析永磁同步电机d轴磁链和定子电流之间的关系,利用d轴电流的泰勒级数展开,提出了根据定子铁芯非线性磁化特性获得判别N/S极极性信息的新方案,并建立了系统仿真模型.仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性.此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测.     

基于高频电压信号注入凸极PMSM无传感器控制

提出了一种基于高频电压信号注入法的永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine,简称PMSM）无位置传感器控制方法,该方法适用于凸极永磁同步电机低速和零速时的位置检测。详细介绍了高频电压信号注入法的转子位置自检测原理,并采用α-β-γ滤波方法得到转子位置和速度估计信息,建立了PMSM无传感器矢量控制系统的仿真模型,给出了实验结果。     

基于高频信号注入的PMSM低速无传感器控制

为了获得表贴式永磁同步电机零速或低速时的转子位置,根据电机的高频模型,深入研究了一种基于脉振高频信号注入的无传感器控制方法。该方法首先向同步旋转的轴注入脉振高频电压信号,使得电机具有一定的凸极性;然后提出了一种转子磁极极性的判断方法,能够有效的检测出转子的初始位置,保证电机的顺利起动;最后使用转子位置跟踪观测器检测定子侧高频电流响应,经处理后提取出估计的转子位置和速度,实现了无传感器矢量控制。仿真结果验证了该方法在零速和低速时能够比较准确的实现转子位置和速度的检测。     

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

针对机械位置传感器给永磁同步电动机(PMSM)调速系统带来成本高,可靠性低、不易维护等同题,采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行.该方法给电机定子绕组注入脉振高频电压信号.利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出转子位置信号,实现控制系统的无传感器运行.实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步电机无传感器矢量控制的可行性和有效性.     

一种改进的静止型永磁同步电机离线参数辨识方法

提出了一种改进的基于高频旋转电压注入的离线参数辨识方法,可以同时辨识永磁同步电机的定子电阻、电感与转子磁极初始位置并基本保持转子不动。该方法给定子注入高频旋转电压,产生的电流中含有结构凸极效应或者饱和凸极效应引起的转子磁极位置信息和直轴磁路非线性饱和引起的转子磁极极性信息。设计转子磁极位置信息提取方法与闭环调节结构,实现了转子磁极初次辨识角度跟踪;同时设计转子磁极极性信息提取方法,实现转子磁极极性判断。待闭环跟踪稳定后,通过提取感应共模信息与差模信息来测量定子电感,消除了直轴磁路非线性饱和对直轴电感检测的影响。最后,在转子磁极方向注入恒定电压,采用两点式伏安法测量定子电阻,消除了脉宽调制中死区与窄脉冲限制对定子电阻检测的影响。该方法实现了转子无转动离线辨识定子电阻、电感与转子磁极初始位置,并且在空载、满载和堵转情况下均适用。Matlab仿真与永磁同步电机实验验证了该方法的优越性能。     

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.     

基于高频注入法永磁同步电机控制研究

针对永磁同步电机无传感器控制的启动控制问题,即在电机处于低速运行或者静止启动时转子位置难以检测和估算,采用高频注入法实现对永磁同步电机的启动控制,并采用判断响应旋转电流幅值N/S判断方法判断转子极性。利用MATLAB与PSIM联合建模进行了相应的实验仿真。实验仿真结果验证表明:采取旋转高频注入法可以有效地实现永磁同步电机的启动控制,克服了无传感器控制在静止状态的不精确的缺点。     

基于高频方波信号注入的PMSM无传感器低速运行研究

目前,永磁同步电机(PMSM)无位置传感器运行研究受到广泛关注。采用一种基于高频方波信号注入的方法实现PMSM无位置传感器启动以及低速运行。首先详细分析了高频方波信号注入检测原理,然后对注入的高频方波信号以及电流采样模式进行了改进。向估计的两相旋转坐标系注入高频方波电压信号,根据检测到的定子电流并结合注入的电压信号即可获得转子位置,并且利用电机的磁路饱和特性,实现转子初始位置检测。所提出的改进方法不依赖于准确的电机参数,信号处理过程简单易实现。仿真结果验证了该方法的正确性。     

永磁同步电机转子初始位置的检测方法

针对永磁同步电机初始位置检测已有方法依赖电机参数,电流相位提取算法复杂,并在检测过程中会造成转子发生转动等问题,提出一种基于高频电压信号注入检测电机初始位置的方法.该方法通过对高频电压响应的电流进行解调、滤波和最小二乘拟合处理后,再计算出正弦化响应电流最大值时的相位,便得到获取转子初始位置信息,最后利用磁路饱和凸极效应,判定永磁体的极性.仿真及实验结果表明,该方法能准确检测出转子初始位置,不会使转子发生移动,也不需要知道电机的参数,硬件结构简单.位置检测的平均误差为3.33°,可满足永磁同步电机的平稳启动需求.     

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。     

基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机

内置式永磁同步电机(IPMSM)受转子凸极性的影响,绕组电感随转子磁极位置呈周期变化。考虑到上述特征,提出一种基于高频信号注入的IPMSM转子初始位置检测方法。将高频信号依次注入定子两相绕组,并提取定子绕组高频信号线电压,运算处理后获得没有考虑转子磁极极性的初始位置角。随后注入脉冲电压矢量进行转子极性判断,从而获得准确的初始位置角。理论分析和试验结果表明,该方法对电阻参数依赖较小,不受逆变器非线性和电流传感器检测精度的影响,能够准确检测转子初始位置角,满足IPMSM平稳起动的要求。     

永磁同步电动机DTC的初始转子位置估计方法

高性能的永磁同步电动机直接转矩控制需要准确知道电机的初始转子位置,如果初始转子位置估计误差超过了30°电角度,会导致电机起动失败。在永磁同步电动机数学模型的基础上,利用注入高频信号的方法来实现对凸极式永磁同步电动机初始转子位置的准确估计。该方法通过向定子绕组注入高频电压信号,对产生的高频电流分量进行分析和处理,并加入电机的磁极检测,从而实现对永磁同步电动机转子初始位置的准确估计。仿真结果证明了该方法可以准确地估计出永磁同步电动机初始转子位置,具有较好的鲁棒性。     

一种内嵌式永磁同步电机启动策略

针对基于高频电压信号注入法的内嵌式永磁同步电机低速无位置传感器控制系统无法估计转子初始位置导致电机启动运行困难的问题,提出了一种内嵌式永磁同步电机启动策略.该策略通过向d,q轴注入高频脉振三角波电压信号,利用连续信号的解调思想傅里叶分解高频响应电流进行信号调制,获取角度误差信息,采用Luenberger观测器代替单PI...     

基于高频电压信号注入的永磁同步电机转子初始位置估计

提出了一种表面安装式永磁同步电机转子初始位置估计的方法。其原理是向定子绕组中注入脉动的高频电压信号,由于定子电感随转子位置q 而变化,因此绕组的高频电流响应信号中含有q 角的信息,但是该方法无法判断转子磁极的极性,因此在初步辨识出q 角的基础上再向d轴注入高频电压信号,并利用磁场饱和引起的电感量的变化来估计出转子的磁极极性。该方法不需要知道电机的精确参数,也不需要额外的硬件。介绍了实验系统的构成和参数,给出了实验结果,实验结果表明理论分析正确。     

载波频率成分法估算IPMSM转子位置的误差分析

研究了一种利用PWM逆变器载波频率成分信号进行内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估算的方法。逆变器应用三相三角载波SPWM调制方式,通过检测载波频率成分电流(CFCC)的包络线估算出电机的转子位置。分析了电机转速、直流母线电压、逆变器载波频率等因素对转子位置估算误差的影响。实验结果表明,该方法能够实现对电机转子位置的准确估算,所构建的IPMSM无位置传感器矢量控制系统具有良好的动、静态性能。在此基础上对影响转子位置估算误差的相关因素进行了仿真和实验验证,结果证明了理论分析的正确性。     

永磁同步电动机起动过程控制

为了提高永磁同步电动机驱动系统的起动性能,提出了一种改进的转子初始位置检测方法.基于电机高频电压模型和凸极效应,运用高频注入法,使转子初始位置信号调制到高频载波上,输出信号经过具有正弦鉴相环节的锁相环路检测转子初始位置;对高频注入法和锁相技术相结合推定转子初始位置的方法进行了理论分析,并基于广义预测算法的直接转矩控制方法对起动过程转矩进行控制.实验结果表明,采用的方法是正确可行的,转子位置得到了准确检测,起动过程的速度变化具有较好的平缓控制效果.     

Initial rotor position estimation of interior permanent magnet synchronous motor using optimal voltage vector

The initial rotor position estimation is a serious problem affecting sensorless drives of permanent magnet synchronous motors. This paper presents an estimation method of initial rotor position for interior permanent magnet synchronous motors. The principle of the estimation is based on the nonlinear magnetization characteristics of the stator core caused by the magnet of the rotor. The estimation is performed using the variation of the current response caused by the magnetic saturation when the voltage vector is applied to the motor. This method can be performed without motor parameters and any additional hardware. Decision method of the optimal voltage vector applied to the motor is also proposed to accurately implement the estimation. Experimental results show that the initial rotor position can be estimated without rotating the rotor by using the optimal voltage vector. It is found that the average of the estimation error is ±1.34 electrical degrees, and the estimation is completed within 15.2 ms in the test motor. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 156(4): 69–76, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20062