改进的磁链观测器在永磁同步电机上的应用

针对传统磁链观测器易受电机参数影响的问题,提出了一种新型的磁链观测器。永磁同步电机由电流调节器驱动,电流调节器反映磁链偏差的积分项用来补偿电机电感和永磁磁链的变化。为避免永磁同步电机弱磁运行时发生过调制问题,采用了一种最小距离过调制策略。改进后的磁链观测器不仅在最大转矩电流比运行区,而且在弱磁运行区都有较好的观察性能。通过传统磁链观测器和改进后磁链观测器的比较实验,验证了该磁链观测器对电机参数变化具有较强的鲁棒性。     

永磁同步电动机自抗扰磁链观测器的研究

提出一种自抗扰磁链观测器,它对永磁同步电动机电感和永磁磁链的变化具有很好的鲁棒性.永磁同步电动机由电流调节逆变器来驱动,其中d-q轴电流是由两个前馈交叉耦合的比例积分控制器来解耦调节.电流调节器反映磁链偏差的积分项用来补偿由于电机工作温度变化等原因带来的电感和永磁磁链变化.实验结果表明了该观测器的有效性和优越性.     

基于线性磁链的IPMSM位置检测技术

针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)很难在静止坐标系下利用磁链预估转子位置的问题,在基于线性磁链的IPMSM数学模型的基础上,用电流观测误差构建滑模平面,提出了一种用滑模观测器来预估转子位置和速度的方法。该方法解决了外加低通滤波器引起的预估磁链的相位滞后,提高了位置和速度估算的鲁棒性。建立场路耦合模式下的IPMSM全数字无位置传感矢量控制仿真系统,精确地反映永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性,并搭建和仿真系统一致的实验平台。实验结果与仿真结果表明该设计方法的正确性和可实现性。     

基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制

提出一种基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机(IPMSM)无传感器控制策略，拟用于永磁无轴承电机地无位置/速度传感器运行。定义了包含传统反电势及定子电感位置信息的扩展反电势(Extended EMF, EEMF)，以此建立静止坐标系中的IPMSM新型数学模型。通过滑模观测器对两相静止坐标系中分量EEMF的估算检测出转子的空间位置；基于Lyapunov函数分析观测参数的收敛性；采用模型参考自适应算法得到了转子的估算速度。实验运行验证了该无传感器控制策略的有效性。     

Torque ripple improvement for synchronous reluctance motor using an asymmetric flux barrier arrangement

An interior permanent-magnet synchronous motor (IPMSM) is a highly efficient motor and operates in a wide speed range; therefore, it is used in many industrial and home appliance applications. However, the torque ripple of synchronous motors such as the IPMSM and synchronous reluctance motor is very large. The variation of magnetic resistance between the flux barriers and teeth causes the torque ripple. In this paper, flux barriers are asymmetrically designed so that the relative positions between the outer edges of the flux barriers and the teeth do not correspond. As a result, torque ripple can be reduced dramatically.     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

Position Sensorless Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motors Using Unknown Input Observer for High-Speed Drives

This paper proposes a new position sensorless control for interior permanent-magnet synchronous motor (IPMSM) drives fed by overmodulation mode pulsewidth modulation (PWM) voltage source inverter. It is attractive to expand the speed range of the IPMSM for application to electric vehicles, electrical household appliances, and so on. An overmodulation mode PWM voltage-source inverter makes it possible to solve problems such as efficiency, wide speed range operation, and so on. Most position sensorless controls based on inverter output voltage knowledge, however, cannot directly be utilized because the voltage reference obtained by the controller is not equal to the inverter output voltage. This paper proposes unknown input observer to estimate rotor position without voltage knowledge, and investigates robustness to inductance variation.      

基于自抗扰控制器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器故障是内置式永磁同步电机可靠性降低的重要原因之一。针对无位置传感器算法中滑模观测器存在观测角度滞后和系统抖振的缺陷,提出了一种以自抗扰控制器为核心的无速度传感器控制方法。该方法基于内置式永磁同步电机的扩展反电动势模型,重新设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使之不再依赖于永磁体磁链参数。针对位置和速度估计问题,系统将扩展反电动势纳入未知扰动,采用状态扩张观测器对其进行估计,最后使用锁相环生成转速和转子位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够准确估计电机转子位置,并具有很好的稳态性能。     

凸极式永磁同步电机无速度传感器控制

近年来,凸极式永磁同步电机( IPMSM)的无传感器控制已成为一个热门的研究领域.大量的无传感器控制方法被提出,但绝大多数方法在低速情况下效果不好.此处介绍了有效磁链的概念,并基于此设计了转子位置和速度观测器.该观测器无需速度自适应,因此在低速时的转速估计误差不会影响观测器的表现.通过实验结果证明该无速度传感器控制方法...     

Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor Design for Improving Self-Sensing Performance at Very Low Speed

The focus of this paper is to improve the self-sensing performance of an interior permanent-magnet synchronous machine (IPMSM) by modifying the rotor configurations. A field-intensified IPMSM (FIIPMSM) is designed by adding flux barriers in the rotor of an IPMSM. In comparison with IPMSMs, FIIPMSMs have the advantage of decoupling saturation-induced saliency, cross-coupling effects, and also secondary saliencies, which reduce the estimation accuracy of self-sensing control for IPMSMs. A finite element analysis is used to design the FIIPMSM and assess the performance of the machine for self-sensing. The self-sensing capabilities of IPMSMs and FIIPMSMs are presented and compared. The results demonstrate the improved self-sensing performance of the new field-intensified machine.      

双馈电动机的参数自适应定子磁链观测器及其稳定性

双馈电动机的间接式磁场定向控制得到了广泛应用,这种方法的缺点是对电动机参数变化的敏感性,尤其是电阻随温度变化的敏感性。为了解决这一问题,文章提出了带有参数自适应的定子磁链观测器设计方法,并利用Lyapunov′s定理证明了稳定性。     

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.     

Influence of Rotor Configuration on Sensorless Control for Permanent-Magnet Synchronous Motors

The influence of rotor configuration on sensorless control for interior permanent-magnet synchronous motors (IPMSM) with concentrated windings is evaluated. Sensorless control that gives estimated angle with simple integration procedure and the biased convergent point observer is applied. Two types of rotors are analyzed and their robustness for an offset value of the observer is compared. To analyze the influence of magnetic saturation, nonlinear motor voltage equation is solved. Finite-element analysis plays an important role to realize high-speed and precise analysis. Analyzed results show that the rotor which has salient poles on the side of permanent magnets is insensitive to the offset value of the observer. And the sensitivity to the offset value of the observer with these two types of rotors is confirmed by experimental results.      

基于区域极点配置理论的定子磁链全阶观测器

以定子电流和定子磁链为状态变量,设计了一个定子磁链观测器。为了克服定、转子电阻和转速变化对观测测性能的不良影响,基于区域极点配置理论,根据实际工程需要构造具有一定自由度观测器的增益矩阵,使得对电机定转子电阻变化、转速变化等不确定性,观测器系统矩阵的极点都被配置到指定的稳定区域内。为了验证方案的有效性,进行了仿真研究,仿真结果表明磁链观测器对电机本身的参数不确定性、负载突变和转速突变都具有较强的鲁棒性。     

Implementation of an artificial-neural-network-based real-time adaptive controller for an interior permanent-magnet motor drive

This paper presents the implementation of an artificial-neural-network (ANN)-based real-time adaptive controller for accurate speed control of an interior permanent-magnet synchronous motor (IPMSM) under system uncertainties. A field-oriented IPMSM model is used to decouple the flux and torque components of the motor dynamics. The initial estimation of coefficients of the proposed ANN speed controller is obtained by offline training method. Online training has been carried out to update the ANN under continuous mode of operation. Dynamic backpropagation with the Levenburg-Marquardt algorithm is utilized for online training purposes. The controller is implemented in real time using a digital-signal-processor-based hardware environment to prove the feasibility of the proposed method. The simulation and experimental results reveal that the control architecture adapts and generalizes its learning to a wide range of operating conditions and provides promising results under parameter variations and load changes.     

新型自适应速度观测器在矢量控制中的应用

实现高性能矢量控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的转子磁链。将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器应用于矢量控制系统中，取代了传统的积分器。理论证明，该系统是超稳定系统。仿真表明，该方案电机磁链观测精度高，电机参数鲁棒性好，同时基于磁链观测器所设计的速度自适应辨识方案准确性好，收敛速度快，使系统在较低转速下仍能保持优良的性能。本系统以1．1kW异步电机为控制对象，并采用MATLAB／Simulink软件对系统进行了仿真。     

新型自适应速度观测器在矢量控制中的应用

实现高性能矢量控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的转子磁链。将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器应用于矢量控制系统中,取代了传统的积分器。理论证明,该系统是超稳定系统。仿真表明,该方案电机磁链观测精度高,电机参数鲁棒性好,同时基于磁链观测器所设计的速度自适应辨识方案准确性好,收敛速度快,使系统在较低转速下仍能保持优良的性能。本系统以1.1kW异步电机为控制对象,并采用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。     

改进型永磁同步电机全速度范围无传感器控制策略

针对全速度范围内的内置式永磁同步电机无位置传感器控制策略难点进行研究.在中高速阶段,依据凸极永磁同步电机的数学模型,提出了一种改进型的Luenberger磁链观测器,通过直接观测转子磁链来获得转子位置信息,并可解决相位延迟问题;而在低速起动阶段,采用开环强制起动控制策略,保证了观测模型在全速度范围可靠工作.同时,依据内置式永磁同步电机的误差观测矩阵稳定性条件,提出了一种有效的数值选择方法,解决了内置式结构观测器设计的难题.仿真和实验结果均证明,在保证观测精确度前提下,应用该策略的驱动系统可获得良好的动、静态性能.     

带有转子电阻补偿的异步电机电流型磁链观测器

提出了一种改进的异步电机转子磁链电流型观测器。造成电流型观测器估计误差的转子电阻不确定项,在定子电流方程中同样存在。把它扩张成新的状态变量后,根据扩张状态观测器(ESO)的原理,在电流、转速可测的条件下可以对其进行观测。把所得的对不确定项的估计值引入电流型观测器,则可以消除转子电阻的影响。与传统观测器的仿真对比结果表明,该方法对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性。     

三相四开关逆变器供电的IPMSM直接转矩控制系统建模与分析

为获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动,将基于比例-积分控制器和空间矢量调制的直接转矩控制(PI-SVM DTC)引入到由三相四开关逆变器供电的凸极式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统中。鉴于电机的强耦合性,同时为便于分析其定子磁链环,建立了IPMSM在静止坐标系下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。为改善系统的稳态性能,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测。揭示了传统定子磁链环极点放置位置存在的问题,并利用一种简单的方法对定子磁链环极点位置进行优化。对PI-SVM DTC的转矩环进行建模分析,为PI控制器的设计提供依据。另外,为抑制三相四开关逆变器直流母线中性点电压偏移,根据其偏移量生成合适的补偿量,并将其添加到定子磁链控制环中。实验结果验证了该模型的有效性。