基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制(上)

永磁同步电机的无传感器矢量控制,其本质在于不使用位置检测传感器,只通过检测电机的定子电压、定子电流来估算转子的位置,进而实现转子磁场定向控制,也就是矢量控制。目前估算方法,工程上普遍采用的是滑模观测器法,但是滑模观测器法在电机低速运行时的转子位置估算精度很低,即便电机运行在中高速段,由于系统的惯性、状态变量的估算误差等因素,导致电机带载运行时存在高频抖动现象。为了弥补滑模观测器法的上述缺陷,提出了一种基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制算法,电机低速运转时使用旋转高频电压注入法以提高转子位置估算精度,中高速运转时使用改进型滑模观测器法以克服高频抖动。上述算法在一台额定功率为45kW的三相凸极永磁同步电机上得以成功运用,试验结果验证了所提出的控制算法的有效性。     

基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制(下)

永磁同步电机的无传感器矢量控制,其本质在于不使用位置检测传感器,只通过检测电机的定子电压、定子电流来估算转子的位置,进而实现转子磁场定向控制,也就是矢量控制。目前估算方法,工程上普遍采用的是滑模观测器法,但是滑模观测器法在电机低速运行时的转子位置估算精度很低,即便电机运行在中高速段,由于系统的惯性、状态变量的估算误差等因素,导致电机带载运行时存在高频抖动现象。为了弥补滑模观测器法的上述缺陷,提出了一种基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制算法,电机低速运转时使用旋转高频电压注入法以提高转子位置估算精度,中高速运转时使用改进型滑模观测器法以克服高频抖动。上述算法在一台额定功率为45 kW的三相凸极永磁同步电机上得以成功运用,试验结果验证了所提出的控制算法的有效性。     

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。     

永磁同步电机变工况下无速度传感器控制

对于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM),无速度传感器检测转子位置因其系统成本低、可靠性高等优点,逐渐取代了传统的机械位置传感器。针对PMSM在低速运转波动大和高速运转平稳的特点,首先建立两种工况下的数学模型,提出基于旋转高频电压注入和滑模变结构的PMSM无速度传感器控制策略,并分别进行仿真分析。然后建立平均速度控制函数来进行两种控制策略之间的平滑切换,实现PMSM在全速范围内的无传感器调速控制。结果表明,两种PMSM无速度控制算法都能较好地跟踪电机转速,鲁棒性好,能较准确地估算出转子位置,验证了低速工况下基于高频电压注入的无位置传感器选用和高速工况下基于滑模变结构的无速度传感器选用的可行性。     

一种新型极低速异步电机无速度传感器控制方法

提出了一种基于信号注入的新型极低速异步电机无速度传感器矢量控制方法.该方法通过注入低频定子电流信号得到转子位置角度误差,并进而估计电机转速.该方法不依赖于异步电机的非理想特性,仅由基波模型就可实现极低速段的转速估计.此外,该方法还具有较强的电机参数鲁棒性.仿真及实验结果证明,基于低频信号注入的方法可以很好地实现异步电机在极低速段的无速度传感器矢量控制.     

基于反相高频注入的双三相异步电机磁场位置检测方法

高频注入法能够实现异步电机在低速下的无速度传感器控制,其控制性能很大程度取决于利用电机饱和凸极效应检测磁场位置的准确性。本文分析了双三相异步电机在反相高频注入下磁场位置检测的原理,利用电磁场数值仿真和实验分析了在不同的励磁电流、电磁转矩下的饱和凸极效应,并与三相异步电机做了对比。结果表明,双三相电机的饱和凸极效应更加明显,能更准确地检测到磁场位置。最后通过实验证明了基于反相高频注入的双三相异步电机磁场位置检测方法在低速和零速下的有效性。     

基于高频注入法的无轴承异步电机转子位移观测

为了实现无轴承异步电机转子径向位移的自传感检测,研究了一种基于高频信号注入法的转子位移估算方法。基于转矩绕组和悬浮绕组之间的互感变化规律,通过在转矩绕组注入脉振高频电压信号,提取悬浮绕组中的高频感应电流信号,再经解调处理,估算出转子的径向位移信号,并据此设计了转子径向位移估计器。最后,进行了无轴承异步电机无位移传感器控制系统的仿真验证和分析。系统仿真实验结果表明：可以实现转子径向位移的可靠估算,能在无径向位移条件下实现无轴承异步电机的稳定悬浮运行控制。     

基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制

针对转子磁钢表贴式永磁同步电动机(SPMSM),提出了一种基于脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制的新方法。其原理是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流,通过检测交轴电流环PI调节器的输出电压量,获得含有转子位置估计误差的信号,对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角,从而实现无位置传感器控制。对该方法进行了理论分析、仿真与实验验证,结果表明该方法在低速和零速下均能准确地检测电动机转子的位置和速度,相较于脉振高频电压信号注入法,所提出的方法结构更简单,且稳定性更高。     

永磁同步电机全转速无位置传感器控制研究

为解决永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制策略在中高速阶段对模型参数依赖度大,起动阶段或低转速运行阶段对转子状态信息估算精度低的问题,采用旋转高频电压信号注入法与模型参考自适应法相结合的复合控制策略,以两者加权的方法实现全转速范围PMSM高精度控制。通过Matlab/Simulink仿真及试验平台验证,该方法能够实现从低速到中高速的平顺切换,提高了控制系统的动态稳定性,具有动态调节能力强、鲁棒性好等优点。     

基于脉振高频注入的永磁同步压缩机无位置传感器控制

为了提高永磁同步压缩机无位置传感器控制的低速性能,提出采用脉振高频注入法估算低速下的转速与位置,论文讨论了实现脉振高频注入法的关键技术,并在单转子压缩机上进行了实验,结果表明,脉振高频注入法能应用在变频空调低速场合,对不同参数的电机适应性好。     

基于PR控制及高频信号注入的双三相永磁同步电机无位置传感器控制

双三相永磁同步电机中,在一套三相绕组中注入高频信号可以实现电机的无位置传感器控制,但是第一套绕组的高频信号也会在第二套绕组中感应出高频电流,从而影响控制性能。因此,文章提出了一种基于PR控制和高频信号注入的无位置传感器控制算法。在双三相永磁同步电机的第一套定子绕组的估计d轴中注入高频余弦电压信号,同时引入PR控制抑制第二套绕组的高频电流响应,通过第一套绕组的高频电流响应估计转子位置。仿真和实验结果验证了加入的PR控制能够有效抑制第二套绕组的高频电流,从而获得更优异的无位置传感器控制性能。     

IPMSM全速域无传感器控制切换策略研究

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)全速域无传感器控制,提出了一种光滑连续的三次函数比例切换策略。采用改进脉振高频电压注入法结合优化的滑模观测器法,实现IPMSM零低速和中高速范围转子位置、转速估计;提出从切换比例系数导数有无突变的角度考虑速度切换平顺性,并设计了无切换比例导数突变的三次函数比例切换策略,优化全速域无传感器控制算法切换平顺性,最终实现对IPMSM全速域内的无传感器控制。利用Matlab/Simulink软件对提出的无传感器控制切换策略进行仿真研究,其结果表明：与传统控制策略相比,提出的无传感器控制切换策略能够提高转子位置和转速估计精度,提升切换平顺性和系统动态性能。     

两种高频信号注入法的无传感器运行研究

基于凸极追踪的思想，讨论了两种高频信号注入法一一旋转高频电压信号注入法和脉动高频电压信号注入法在永磁同步电机无位置，速度传感器运行控制中的应用。分别介绍了两种高频信号注入法的转子位置自检测原理，指出了两种方法实现中的技术关键，并应用这两种位置自检测方法建立了永磁同步电机无传感器矢量控制系统的仿真模型，进行了仿真比较。对比结果表明，采用脉动高频电压信号注入的凸极跟踪系统结构简单，静、动态调速性能较好；但采用旋转高频电压信号注入法的系统更易于实现。     

基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制

针对零低速下内置式永磁同步电机的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差等问题,提出了一种滑膜控制下的基于脉振高频注入法的无位置传感器控制方法。基于电机的固有或人为的凸极效应,脉振高频注入法对电机的基波方程和参数没有依赖性,可有效估算出包括零速在内的电机转子位置和速度,实现永磁同步电机的无速度传感器控制。仿真结果表明,内置式永磁同步电机在滑模控制下能在低转速突变、负载转矩扰动的情况下,快速、准确估算转速和转子位置,动态性能好,鲁棒性强。     

内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制

针对内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制相关问题,在分析内置式永磁同步电机动态数学模型的基础上,提出了一种基于高频信号注入法的转子位置估计方法。通过向电机的控制电压中叠加一个三相对称高频电压信号,对三相电流响应信号进行带通滤波,得到高频电流分量,利用最小二乘算法提取三相高频电流响应的幅值大小,并经过特定算法提取出转子位置。该算法运算量小,估计误差低,易于实现,对电机参数变化不敏感,鲁棒性强,对一台内置式永磁同步电机无位置运行的实验结果表明转子位置提取算法的有效性,根据工作状态的不同,检测误差会有所不同,但误差限都控制在"6°(电角度)以内,平均检测误差都小于3°(电角度)。     

内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制EI北大核心CSCD

针对内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制相关问题,在分析内置式永磁同步电机动态数学模型的基础上,提出了一种基于高频信号注入法的转子位置估计方法。通过向电机的控制电压中叠加一个三相对称高频电压信号,对三相电流响应信号进行带通滤波,得到高频电流分量,利用最小二乘算法提取三相高频电流响应的幅值大小,并经过特定算法提取出转子位置。该算法运算量小,估计误差低,易于实现,对电机参数变化不敏感,鲁棒性强,对一台内置式永磁同步电机无位置运行的实验结果表明转子位置提取算法的有效性,根据工作状态的不同,检测误差会有所不同,但误差限都控制在"6°(电角度)以内,平均检测误差都小于3°(电角度)。     

一种新型极低速异步电机无速度传感器控制方法

本文提出了一种新型极低速异步电机无速度传感器矢量控制方法。该方法基于低频信号注入，通过注入低频定子电流信号，利用产生的角度误差估计电机转速。该方法不受负载变化影响，也不依赖于异步电机的非理想特性，仅由基波模型就可实现极低速段的转速估计，所以不受异步电机结构影响，具有普遍的适用性。此外，该方法还具有较强的电机参数鲁棒性，不必进行参数估计，控制结构简单。仿真及实验结果证明，本文提出的基于低频信号注入的方法可以很好地实现异步电机在极低速段的无速度传感器矢量控制。     

永磁同步电机无位置传感器控制系统

针对传统永磁同步电机无位置传感器控制系统在低速段不能正常实施的问题,提出了一种简单但有效的永磁同步电机无位置传感器控制方法.通过在电机定子绕组中注入高频电压,利用电机的凸极效应,及对电机绕组端电流的处理计算,准确地计算出电机的转子位置和转速,实现无位置传感器控制.为了解决永磁同步电机的启动问题,提出了在电机静止状态下检测转子初始位置的新方法.仿真结果显示了所用方法的有效性和可行性.     

基于扰动转矩观测器PMSM无位置传感器控制系统

使用控制算法实现永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制是目前电机控制领域研究热点。提出一种基于低速脉冲高频定子磁链注入的PMSM无位置传感器控制系统,并对传统定子磁链估计器进行改进,将高频信号引入低通滤波器中以提高电机低转速运行时定子磁链估计器的精度。针对PMSM中低速运行时无位置传感器控制系统易受转矩脉动影响的情况,采用扰动转矩观测器来抑制扰动转矩产生的电压误差。通过试验来验证所提方案的有效性和可行性。     

基于高频脉振电压注入法的永磁同步电机控制策略

脉振高频电压注入法可以实现电机无速度传感器控制在零速和低速范围内的转速估计,但其信号的处理过程较复杂,影响其动态性能。基于脉振高频注入法的基本原理,根据电机数学模型,优化脉振高频注入法的电流信号处理过程,减少滤波器的使用,减小转子转速估算时间,简化系统的结构,提高系统运行的动态性能。搭建面贴式永磁同步电机仿真模型并进行仿真,结果表明,与优化前相比,信号处理优化后的脉振高频注入法具有响应速度更快,降低系统误差等优点,验证了此方法的有效性。