参数在线估计的电主轴调速系统研究

电主轴参数具有慢时变的特性,这将降低电机转子磁链的估计精度,给基于矢量控制的电主轴的高速调速带来困难,采取带遗忘因子的最小二乘算法,采取不同的模型先在低速状态下得到电机的电磁参数,将此作为高速模型下的参数的初始值,在高速状态下只对电机的慢时变参数(电机的电阻值)进行在线辨识,这样既满足了实时性的要求,又能精确得到磁链角度.实验结果证明了该方法的有效性.     

低速工况下感应电机转子磁链在线辨识方法

感应电机在按转子磁场定向的矢量闭环控制系统中,转子磁链及其空间角度需要在线辨识.针对电机参数在低速工况下电动机温度升高而发生变化,不能保证磁链辨识精度以及M轴与转子磁链始终重合的问题,提出了基于减法聚类转子磁链在线辨识的方法.在确定转子磁链、空间角度和各输出量之间的映射关系的基础上,把电机参数变化当作干扰项来处理,利用局部模型网络构建磁链和空间角度的全局模型,在工况发生变化时,对模型结构参数和局部模型参数进行在线调整,保证模型输出与实际输出动态拟合,解决了低速时电机参数变动影响磁链准确观测的问题,仿真结果验证了该方法的准确性和有效性.     

永磁同步电机磁链自适应控制

针对永磁同步电机磁链变化时会对电机运行产生影响的问题,依据哈密顿反馈耗散理论,在磁场同步旋转坐标系下,选择定子电流和转子转速为系统状态变量,研究转子永磁体磁链变化时对电机转速的影响,并给出了基于哈密顿反馈耗散理论的磁链自适应估算方法.仿真结果表明:该方法能够准确地跟踪永磁体转子磁链变化的真实情况,对电机参数不敏感,鲁棒性强,在磁链发生改变的情况下控制器能够快速估算磁链的改变值,使电机转速实现快速稳定,达到了控制精确度要求.     

转子磁链角在线校正的异步电机矢量控制系统研究与实现

为保证转子磁链定向准确,提出了一种在线校正转子磁链角的方法。通过检测空间电压矢量PWM中的零电压矢量期间相电流的变化量,计算得到转子磁链的准确角度,经调节器在线调节转差角频率大小,从而校正转子磁链角,达到了提高电机控制性能的目的。通过试验验证了理论的正确性和方法的有效性。     

感应电机的一种输出反馈控制器设计

感应电机转子磁链观测是磁场定向系统控制中的关键步骤,然而电机在低速运行时定子电阻不确定性及转子转速变化对转子磁链观测准确性有很大的影响。采用线性变参数多胞输出反馈控制器设计理论,提出一种新的转子磁链观测方法。引入多胞技术,设计包含极点配置的随变参数自调整的输出反馈控制器。将感应电动机作为线性变参数系统,转子转速与定子电阻作为系统的变参数,设计系统控制器即转子磁链观测器。利用鲁棒控制理论,通过求解线性矩阵不等式组,实现满足鲁棒稳定性能和动态特性转子磁链观测器。仿真结果验证此观测器的正确性,磁链观测的水平有了较大的提高。     

基于PSCAD的双馈风力发电系统DTC策略研究

为了解决矢量控制对电机精确参数的依赖性,将直接转矩控制策略应用到双馈风力发电机系统中,根据转子磁链和电磁转矩滞环比较器的逻辑输出以及扇区编号,在预先设计的表格中得到最优开关矢量,并将该矢量作用于转子绕组,实现对电磁转矩和转子磁链幅值的快速控制.并且在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于直接转矩控制的双馈风力发电系统,实现了最大风能捕获,满足了电网的无功需求.     

基于自适应观测器的感应电机转速估计方法研究

介绍了一种能在线补偿定转子电阻的基于自适应观测器的感应电机转速估计方法.该转速估计方法只需检测定子电压电流作为输入,利用观测器观测出转子磁链和定子电流,并利用定子电流误差和转子磁链观测值辨识出转速、定子电阻和转子电阻,并反馈于观测器,确保电机转速估计对参数变化的鲁棒性.仿真及实验结果表明,此方法估计的速度能应用于无速度传感器矢量控制系统,并具有较好的辨识精度和鲁棒性.     

定子永磁型双凸极电机转子设计

双凸极永磁电机转子结构简单,其参数变化对电机的运行性能影响很大.通过有限元计算和仿真,分析了转子极弧宽度和斜槽角度对电机磁链、反电势及电感等静态特性的影响.样机测试结果验证了理论分析的正确性.     

无轴承异步电机的定子电流矢量定向转子磁链估计

无轴承异步电机转子磁场定向控制的关键问题在于精确地估计转子磁链.针对传统模型转子磁链估计精度受到定转子电阻变化影响的问题,在定子电流矢量定向的基础上提出了一种新型的转子磁链估计器.该转子磁链估计算法不含定转子电阻,因而可以避免定转子电阻参数变化对磁链估计精度的影响.通过Matlab/Simulink对估计器进行了系统仿真分析,仿真结果表明了所给转子磁链估计器算法的有效性.     

基于参数跟踪的感应电机转速与磁链强跟踪滤波估计方法

针对感应电机高性能矢量控制中的转速与磁链估计问题,提出了一种包含参数跟踪的转速与磁链联合估计强跟踪滤波(STF)方法.考虑电机参数变化及模型不确定性,采用粒子群迭代学习动态优化算法实现对感应电机参数的在线跟踪,修正的STF算法用于实现对感应电机转速与转子磁链的联合估计.仿真结果表明,包含参数跟踪的STF算法能够有效实现...     

高速异步主轴电机的热分析与冷却结构设计

高速主轴电机是电主轴的关键核心部件,电机发热直接影响电主轴的加工精度和运行可靠性。以一台10万转主轴异步电机为例,对高速异步主轴电动机进行深入的热分析,设计高效的散热冷却结构,确保主轴电机的可靠平稳运行。确定主轴电机的主要热源,研究转子转速、转子表面粗糙度对主轴电机风摩损耗的影响规律;考虑旋转磁场和谐波对铁耗计算的影响,采用齿轭分区的有限元法提高仿真精度,分析电机铁耗的分布规律。基于流体力学对电机进行3D热仿真,对比主流的周向螺旋型和轴向Z字型两种冷却结构的冷却效果,确定高效的冷却结构设计方案,并进一步采用转子铁心开空气槽的设计方案,增加转子铁心与转轴之间的热阻,提高电机的散热能力,确保电机的转轴温升在安全范围内,最后校核转子结构的机械强度,保证主轴电机运行的可靠性。     

Sensorless induction spindle motor drive using fuzzy neural network speed controller

A sensorless induction spindle motor drive using synchronous PWM and dead-time compensator with fuzzy neural network (FNN) speed controller is proposed in this study for advanced spindle motor applications. First, the operating principles of a new type synchronous PWM technique are described in detail. Then, a speed observer based on the model reference adaptive system (MRAS) theory is adopted to estimate the rotor speed. To increase the accuracy of the estimated speed, the speed estimation algorithm is implemented using a digital signal processor. Moreover, since the control characteristics and motor parameters for high speed operated induction spindle motor drive are time-varying, an FNN speed controller is developed to reduce the influence of parameter uncertainties and external disturbances. In addition, the FNN is trained on-line using a delta adaptation law. Finally, the performance of the proposed sensorless induction spindle motor drive system is demonstrated using some simulation and experimental results.     

Position sensorless control for ultrasonic motors based on input voltage information

This paper presents a method of position sensorless control of ultrasonic motors (USM). The position sensorless control method is useful for reducing the cost and size of drive system. The position estimation method is based on the input voltage information of the ultrasonic motor. The characteristic of input voltage versus rotor position is expressed by a quadratic function which is used to estimate a rotor position based on input voltage information. This estimation method, which uses only the drive voltage of the ultrasonic motor, is a very simple algorithm and shows good estimation ability. The parameters of the quadratic function are adjusted by using the recursive least squares method and are obtained on‐line. Since it can correspond to parameter change, the estimated rotor position shows good agreement with the measured rotor position against load torque and motor temperature changes. Sensorless position control is achieved by using the estimated rotor position instead of the measured rotor position. The validity of the proposed method is confirmed by experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 57–64, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20626     

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。     

低转矩脉动低速大转矩电主轴感应电机的设计与分析

针对低速大转矩电主轴电机转矩脉动偏高的工程实际问题,对电机不同槽配合的性能进行分析综合对比,精确选择出各方面性能较优的电机方案。针对感应电机有限元仿真瞬态场收敛速度慢、在多方案对比时求解周期长的问题,提出时谐场和瞬态场联合仿真的思路,实现电机的快速优化设计。对一台12极7.5 kW的电主轴感应电机在每极每相槽数为3、2.5、2三种不同槽配合的组合下进行二维电磁有限元分析计算,对比其在额定工况下的铁耗、绕组铜耗、转子铝耗、效率、功率因数和转矩脉动等电磁性能。结果表明了转子导条数目的增加,能够使电机电磁性能保持较高水平,特别是能够维持较低的转矩脉动水平。最后对定子槽数90和转子槽数106的槽配合方案进行了样机制作,试验验证了样机的性能,并验证了时谐场和瞬态场联合仿真的准确性。     

基于多重凸极跟踪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的内埋式永磁同步电动机多重凸极跟踪转子位置估算方法，对电机的多重凸极进行了建模、测量与分析，并设计了多重凸极的解耦观测器，补偿多重凸极对电机转子位置估计的影响；进行了基于多重凸极跟踪算法的控制系统实验。实验结果表明，所提方法能在低速和零速下可靠地估算出转子的磁极位置，且对电机的参数变化不敏感，在补偿了多重凸极的影响后，减小了转子位置估计的误差，提高了估计精度。     

Sensorless control of synchronous reluctance motors using on‐line parameter identification method not affected by position estimation accuracy

This paper presents a novel on‐line parameter identification method for sensorless control of Synchronous Reluctance Motors (SynRMs). Although conventional sensorless control methods based on mathematical models usually need some complex measurements of motor parameters in advance, the proposed identification method does not require them and can be realized on‐line. The proposed method identifies motor parameters under sensorless control, so rotor position and velocity cannot be used to identify these parameters. However, the proposed method does not need rotor position and velocity, and identified parameters are not affected by these estimation errors. The sensorless control using identified motor parameters is realized, and the effectiveness of the proposed method is verified by experimental results. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(3): 62–69, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20258     

基于反电动势法的双绕组永磁容错电机转子位置估计算法研究

针对双绕组永磁容错电机,在反电动势法基础上,提出一种改进的适用于容错电机的转子位置估计算法。利用每相绕组产生的磁链增量及单位反电动势来估算双绕组永磁容错电机转子的位置,通过锁相环技术进行误差补偿,对该方法中使用到的电机参数进行在线辨识,把辨识结果更新到转子位置估计算法中。通过该方法可以在双绕组永磁容错电机正常工作、单相故障或者多相故障容错的情况下,实现对转子位置以及转速的估计。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证转子位置估算方法的准确性和鲁棒性。     

基于人工神经网络的电压电流互补模型转子磁链估计

为了准确对感应电机磁链进行实时估计,提出了一种基于人工神经网络(ANN)电压电流互补模型的估计方案。该方案利用基于ANN的电压与电流模型之间的磁链估计差值在线对电机参数进行更新,以减小因电机参数变化所引起的模型偏差,并最终通过电机频率范围决策转子磁链。实验结果表明,该方案对磁链估计有效,实时控制效果好。