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改进电机全速域无位置传感器转速控制系统研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第6期 110-114,121页

作者：齐歌胡万龙马丁郑州大学电气工程学院郑州450001 河南工业大学人工智能与大数据学院郑州450001

针对宽速电机的全速域应用场景,提出改进传统加权平均法,并利用改进后的中高速域滑模观测器法和低速域脉振高频注入法进行复合,实现精确的全速域无位置传感器控制。首先,针对滑模观测器法中符号函数导致的系统抖振,提出指数型复合函数... 详细信息

针对宽速电机的全速域应用场景,提出改进传统加权平均法,并利用改进后的中高速域滑模观测器法和低速域脉振高频注入法进行复合,实现精确的全速域无位置传感器控制。首先,针对滑模观测器法中符号函数导致的系统抖振,提出指数型复合函数用来替代原观测器中的符号函数;其次,针对脉振高频注入法中高频电流分量与注入信号的相位延迟,提出使用另一轴系高频电流替代注入信号;再次,针对加权平均法在过渡区域的权重分配不合理,提出新型指数型加权系数,同时为平稳过渡提出滞留缓冲带;最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建基于滞留缓冲加权法的全速域转速控制系统,进行仿真验证。通过仿真结果,表明了改进后的全速域转速控制系统对转速误差和平稳过渡的优化效果。

关键词：全速域无位置传感器控制抖振指数型复合函数脉振高频注入法加权平均法

基于滑模观测器及无差拍电流预测控制的永磁同步电机无位置传感器控制研究

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基于滑模观测器及无差拍电流预测控制的永磁同步电机无位置传感器...

作者：吴迪西安理工大学

学位级别：硕士

交流电机作为能量交换的载体,电机控制性能影响能量转换效率,在高精度永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服控制系统中通过安装位置传感器来获取电机转子位置。当电机工作在有振动、粉尘、潮湿等环境中时,这种环... 详细信息

交流电机作为能量交换的载体,电机控制性能影响能量转换效率,在高精度永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服控制系统中通过安装位置传感器来获取电机转子位置。当电机工作在有振动、粉尘、潮湿等环境中时,这种环境会使传感器灵敏度下降。故本文研究PMSM无位置传感器控制策略,主要研究内容为:(1)论述矢量控制策略及电压空间矢量脉宽调制技术,建立PMSM数学模型,对电机中高速和低速运行时无位置传感器控制策略分别进行研究。中高速时针对传统滑模观测器(Sliding mode observer,SMO)法抖振大、动态性能差等问题,研究自适应滑模观测器(Adaptive sliding mode observer,ASMO),引入非奇异快速终端滑模面(Non-singular Fast Terminal Sliding Mode Surface,NFTSMS),在短时间内让电流误差迅速收敛到零;在指数趋近律中引入滑模增益自调整律和新的滑模函数来替换传统开关函数,在降低滑模抖振的同时加快系统收敛速度。研究改进锁相环旨在解决观测反电动势中低次谐波干扰、反转时传统锁相环(Phase-locked loop,PLL)有位置误差等问题,对锁相环鉴相器和环路滤波器进行改进,消除电机反转时传统PLL产生的位置误差;在锁相环中引入二阶广义积分器(Second-order generalized integrator,SOGI),滤除反电动势低次谐波,从而提高位置估计精度。(2)电机低速运行时,针对传统脉振高频注入法使用低通滤波器引起相位延迟、位置误差函数中存在二次谐波,影响低速位置估计精度的问题,研究改进脉振高频注入法,使用二阶广义积分器来滤除二次谐波并替换数字滤波器,来提高低速时位置估计精度。其次使用加权平均法实现电机低速到中高速无传感器控制平滑切换。(3)传统矢量控制电流环采用PI控制,但PI控制应用在非线性的PMSM系统上,系统动态性能较差。本文研究无差拍电流预测控制(Deadbeat predictive current control,DPCC)替换PI控制,来改善电流回路的动态响应。然而电机参数失配时,会降低无差拍电流预测控制电流跟踪性能,故本文在无差拍电流预测控制中引入积分滑模控制,使电流误差在积分滑模面上运动并收敛至零,对无差拍电流预测控制输出的控制电压进行补偿,提高电流环鲁棒性。(4)为证明所研究控制算法的有效性,先在MATLAB上搭建仿真模型,进行仿真验证。仿真结果表明所研究自适应滑模观测器、改进脉振高频注入法及改进无差拍电流预测控制等算法有效性。然后阐述TMS320F28335为控制芯片的PMSM实验平台的硬件工作原理,并编写软件控制程序对自适应滑模观测器算法进行实验验证,实验结果表明:相比传统方法,500r/min时转速跟踪误差由±10r/min降至±0.5r/min;800r/min时转速跟踪误差由±10r/min降至±1r/min。本文所研究自适应滑模观测器算法位置估计精度更高。

关键词：永磁同步电机自适应滑模观测器改进锁相环脉振高频注入法无差拍电流预测控制

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基于高频注入法的SPMSM运行研究

黑龙江大学工程学报（中英俄文） 2024年第2期15卷 42-49页

作者：闫翔宇毕永利黑龙江大学机电工程学院哈尔滨150080

建立高频信号激励下表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)的数学模型,基于脉振高频注入法构建SPMSM矢量控制系统,采用龙贝格观测器进行转速与位置估计,提高位置估计精度,实现电机无位置传感... 详细信息

建立高频信号激励下表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)的数学模型,基于脉振高频注入法构建SPMSM矢量控制系统,采用龙贝格观测器进行转速与位置估计,提高位置估计精度,实现电机无位置传感器低速运行;采用锁相环并通过二次谐波检测实现转子磁极的初始位置估计,保证电机快速起动。在MatLab/Simulink平台上,对所提出的方法进行仿真。结果表明,该方法提高了电机低速运行时的控制精度。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器脉振高频注入法龙贝格观测器锁相环

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内置式永磁同步电机无感复合控制策略研究

自动化仪表 2024年第9期45卷 58-64页

作者：张奇志王博西安石油大学电子工程学院陕西西安710065 陕西省油气井重点测控实验室陕西西安710065

为了解决内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用单一控制算法无法实现全速度范围内理想控制效果的问题,提出了一种改进型复合控制策略。在低速运行时,采用脉振高频注入法,解决了转子初始位置检测问题。通过二阶广义积分器代替... 详细信息

为了解决内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用单一控制算法无法实现全速度范围内理想控制效果的问题,提出了一种改进型复合控制策略。在低速运行时,采用脉振高频注入法,解决了转子初始位置检测问题。通过二阶广义积分器代替带通滤波器,提高了系统的速度响应。在高速运行时,采用龙伯格观测器。同时,为了解决两种控制算法的切换问题,提出了基于改进粒子群算法的线性加权平均切换方法。仿真结果表明:在初始角度θ=2.5 rad的情况下,该策略能使电机运行在全速度范围内、转速误差范围控制在[-8 r/min,+5 r/min],且转子角度波动较小。该研究对机械制造与航天、航空领域具有实际指导意义。

关键词：内置式永磁同步电机脉振高频注入法龙伯格观测器无位置传感器控制系统初始位置检测改进粒子群算法

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高频脉振注入法在电力推进中的应用研究

船电技术 2020年第10期40卷 49-52页

作者：李廷斌杨峥蔡昌泽王小飞 92730部队91分队海南三亚572000

船舶电力推进系统要实现高性能控制通常需要在推进电机上安装位置传感器,位置传感器会对电力推进系统的维护和稳定性造成影响。脉振高频注入法能估算出转子位置,但该方法需要较高的电流采样频率和精度,使其工程应用受到一定限制。本文... 详细信息

船舶电力推进系统要实现高性能控制通常需要在推进电机上安装位置传感器,位置传感器会对电力推进系统的维护和稳定性造成影响。脉振高频注入法能估算出转子位置,但该方法需要较高的电流采样频率和精度,使其工程应用受到一定限制。本文理论推导了解调高频响应电流得到转子位置的方法,参照目前工程实践中电流采样的精度、频率,搭建了电力推进的仿真和实验平台。仿真和实验结果表明,该方法用于电力推进系统的无位置传感器控制能起到较好的效果。

关键词：脉振高频注入法转子位置估算电力推进系统

储纬器电机无位置传感器的全速域控制方法研究

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高技术通讯 2022年第2期32卷 173-181页

作者：徐建明王远超张宇轩浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对储纬器电机无位置传感器的调速控制问题,采用脉振高频注入法与扩展反电动势法相结合的控制策略,研究了一种全速域下的无位置传感器矢量控制方法。在电机静止时,利用电机凸极特性,采用高频注入法配合极性判断准确估计初始位置并使电... 详细信息

针对储纬器电机无位置传感器的调速控制问题,采用脉振高频注入法与扩展反电动势法相结合的控制策略,研究了一种全速域下的无位置传感器矢量控制方法。在电机静止时,利用电机凸极特性,采用高频注入法配合极性判断准确估计初始位置并使电机速度闭环启动。当运行至中速时,估计算法切换为扩展反电动势法估计转子位置与速度。在加减速过程速度切换区间采用滞环切换策略。通过实验验证了所提出的控制策略在全速域下电机矢量控制的可行性,且满足储纬器电机配合织机的工作要求。

关键词：储纬器永磁同步电机(PMSM) 无位置传感器控制脉振高频注入法扩展反电动势法

电感不对称对双绕组永磁同步电机无位置传感器控制的影响

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微电机 2020年第11期53卷 81-87页

作者：莫晓史涔溦邱建琪浙江大学电气工程学院杭州310027

本文研究电感不对称对双绕组永磁同步电机基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制的影响。基于Ansoft/Maxwell建立有限元仿真模型,分析双绕组永磁同步电机两种工况下的电感波形。仿真结果表明由于绕组结构的非对称性,单个子电机工况... 详细信息

本文研究电感不对称对双绕组永磁同步电机基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制的影响。基于Ansoft/Maxwell建立有限元仿真模型,分析双绕组永磁同步电机两种工况下的电感波形。仿真结果表明由于绕组结构的非对称性,单个子电机工况下三相电感不再对称,d-q轴电感产生较大波动。理论推导了非恒值d-q轴电感条件下脉振高频电压注入法的数学模型,证明了该方法对电感波形有较高要求。通过Simulink搭建仿真模型,研究电感不对称对双绕组永磁同步电机高频注入法控制的影响,并且dSPACE实验平台上进行验证。仿真和实验结果表明,两个子电机同时运行工况下,基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制可以正常运行;但在单个子电机运行工况下,由于d-q轴电感存在较大波动,PLL锁相环并不能有效跟踪转子位置,导致无位置传感器控制无法正常起动。

关键词：双绕组永磁同步电机无位置传感器控制脉振高频注入法电感

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电传动车辆轮毂电机无位置传感器控制研究

火力与指挥控制 2019年第8期44卷 41-45,50页

作者：赵其进廖自力张新喜陈路明陆军装甲兵学院兵器与控制系

为提高电传动装甲车辆运行可靠性,提出一种基于脉振高频注入法进行转子位置辨识的轮毂电机控制策略。在永磁同步电机最大转矩电流比和弱磁控制的基础上,将位置辨识算法运用到控制系统并进行仿真分析。仿真结果表明:在电机起动加速阶段... 详细信息

为提高电传动装甲车辆运行可靠性,提出一种基于脉振高频注入法进行转子位置辨识的轮毂电机控制策略。在永磁同步电机最大转矩电流比和弱磁控制的基础上,将位置辨识算法运用到控制系统并进行仿真分析。仿真结果表明:在电机起动加速阶段和转矩突变等工况下,该算法能够准确辨识出转子位置和电机转速,与使用传感器来获得转速的方式比较,基本能获得相同的控制效果,为进一步提高装甲车辆可靠性提供了可行方案。

关键词：永磁同步电机无位置传感器脉振高频注入法

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永磁同步电机低速无位置传感器矢量控制设计

永磁同步电机低速无位置传感器矢量控制设计

作者：吴亭宽湖南大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)具有体积小,重量轻,结构简单,调速范围宽,功率密度大等优势,目前已在农业、工业、军事和航天等众多领域有了广泛的应用。无位置传感器技术因其具有系统成本低、研究控制精度高... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)具有体积小,重量轻,结构简单,调速范围宽,功率密度大等优势,目前已在农业、工业、军事和航天等众多领域有了广泛的应用。无位置传感器技术因其具有系统成本低、研究控制精度高、系统可靠性高、调速性能好以及鲁棒性强等优点,目前无位置传感器矢量控制技术以成为各国学者研究的热点。无位置传感器矢量控制技术将速度划分为零速、低速和中高速三个范围,零速主要是检测转子的初始位置,低速一般采取注入法来提取转子位置,中高速一般是通过检测电机的反电动势来观测转子位置。本文主要研究的是针对于凸极永磁同步电机低速的脉振高频电压信号注入法。首先,本文在绪论部分描述了永磁同步电机无位置传感器的研究意义、在分析了注入法能有效估计转子信息的原因基础上提出使用内置式永磁同步电机(Inner-mounted Permanent Magnet Synchronous Machine,IPMSM)作为研究对象,然后对比描述了注入法在无位置传感器技术在零速和低速两个范围国内外发展现状,提出使用本文研究的方法为脉振高频电压信号注入法;并简单推导了坐标变换理论和永磁同步电机在旋转坐标系上的数学模型;在简单描述了矢量控制的思想的前提下阐述了矢量控制的几种常见策略,对比了各种控制策略的特点。其次,设计了一种基于改进型观测器的脉振高频电压信号注入法来估算低速时转子位置和速度信息的方法。首先是建立了永磁同步电机的高频数学模型,然后在此基础上在估计坐标系的直轴注入余弦高频电压信号,接着描述了巴特沃斯二阶滤波器的信号处理过程,重点是设计了一种改进型观测器来提取转子的位置和速度信息并提出了新的角度误差分析方案,最后在Matlab/simulink的基础上搭建了仿真进行验证,仿真结果表明该方法可行。最后,在仿真验证的基础上,本文采用TI公司的TMS320F2808作为控制板的主芯片,设计了永磁同步电机的无位置传感器矢量控制系统。并在永磁同步电机实验平台上进行了系统静态和动态性能的测试实验。实验结果表明:采用脉振高频注入法的改进型转子位置观测方法能够满足系统的性能要求,并具有较高的精度。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制技术脉振高频注入法改进型观测器角度误差分析