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基于SEPIC变换器的无位置传感器无刷直流电机换相误差校正

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仪器仪表学报 2019年第5期40卷 109-117页

作者：龚文倩朱俊杰郑志安蒋峰何明芳中南林业科技大学计算机与信息工程学院

传统反电势法的滤波器硬件结构设计将导致无位置传感器无刷直流电机的换相误差,当换相误差较大时将大大降低系统的性能指标。针对换相误差造成系统换相转矩脉动、失步等问题,通过分析理想反电势过零点与实际反电势过零点间相位差值的关... 详细信息

传统反电势法的滤波器硬件结构设计将导致无位置传感器无刷直流电机的换相误差,当换相误差较大时将大大降低系统的性能指标。针对换相误差造成系统换相转矩脉动、失步等问题,通过分析理想反电势过零点与实际反电势过零点间相位差值的关系,提出在增加单端初级电感变换器(SEPIC)前级驱动电路的基础上,采取PWM-0N-PWM调制方式,通过检测非导通相(即悬空相)电压与校准后的电压大小进行比较,获取换相信号,实现对换相误差的校正。相比于传统反电势法,只需检测一路相电压,在降低系统转矩脉动的同时,对换相误差进行精准校正。仿真与实验结果验证了所提出的换相误差校正策略在全速范围内的有效性。

关键词：无刷直流电机无位置传感器换相误差 SEPIC电路反电势过零点

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高速无刷直流电机自适应换相角补偿控制

中国科技论文 2023年第10期18卷 1159-1164页

作者：李建宁刘剑王梦缘张国强庞松涵山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255000

针对高速无刷直流电机的换相误差问题,推导了换相误差与相电流和母线电流的关系,提出了一种新的闭环换相误差修正方法。以母线电流在1个导通周期的前后半个周期的电流积分值相等为目标,将电机的母线电流作为反馈信号对换相角进行自适应... 详细信息

针对高速无刷直流电机的换相误差问题,推导了换相误差与相电流和母线电流的关系,提出了一种新的闭环换相误差修正方法。以母线电流在1个导通周期的前后半个周期的电流积分值相等为目标,将电机的母线电流作为反馈信号对换相角进行自适应补偿。该方法既适用于无传感器电机,也适用于基于霍尔传感器的电机,且该方法不依赖电机参数,因此,在整个转速范围内有效地消除了换相误差,具有较强鲁棒性。实验结果表明,该方法能获得准确换相点,电流峰值显著降低,电机效率得到提升。

关键词：高速无刷直流电机换相误差自适应换相母线电流

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无刷直流电机相位延迟误差在线补偿方法研究

无刷直流电机相位延迟误差在线补偿方法研究

作者：周子涛大连海事大学

学位级别：硕士

无人艇已经成为一种重要的无人水面平台,在其推进方式的选择上,喷水推进相较于传统的螺旋桨推进具有机动性强、在高速行驶时推进效率高等优点,广泛应用于现代小型高速无人艇中。在电驱动喷水推进器主推电机的选择上,永磁无刷直流电机由... 详细信息

无人艇已经成为一种重要的无人水面平台,在其推进方式的选择上,喷水推进相较于传统的螺旋桨推进具有机动性强、在高速行驶时推进效率高等优点,广泛应用于现代小型高速无人艇中。在电驱动喷水推进器主推电机的选择上,永磁无刷直流电机由于成本低和功率密度大受到青睐,然而,无刷直流电机在换相时存在相位延迟误差,它会降低电机的效率,在电机高速运行时其影响会更加明显。本文提出一种基于自适应线性神经元(Adaptive linear neuron,Adaline)滤波器的相位延迟误差在线补偿方法解决该问题,主要研究内容如下:首先,建立无刷直流电机的数学模型,对六步换相速度控制系统中换相期间的相电流进行分析,总结出了相位延迟误差的影响因素。其次,为消除相位延迟误差对系统的影响,利用同步坐标系下的d轴电流作为相位延迟误差的判据,提出一种基于Adaline滤波器的相位延迟误差补偿方法。设计Adaline滤波器准确提取相电流基波分量,进行坐标变换后通过PI控制器生成相位提前角,利用相位提前角控制电流提前导通以补偿相位延迟误差。同时为解决基于最小均方算法的Adaline滤波器收敛速度慢,稳态精度低的问题,采用递归最小二乘算法更新权重因子。然后,针对系统中电流测量误差的存在会使同步坐标系下的d轴电流含有大量脉动分量,进而影响相位延迟误差补偿效果的问题,提出一种基于电流重构思想的电流传感器互相校准方法来补偿电流测量误差。该方法能够消除偏移误差并将三相电流传感器的增益误差补偿到相同的水平,消除其对d轴电流以及相位延迟误差补偿效果的影响。最后在无刷直流电机平台上进行实验验证。MATLAB/Simulink仿真验证及实验平台验证的结果证明了所提出的相位延迟误差补偿方法能够改善电机相电流状态,有效地消除电机中因换相误差产生的功率损耗,提高电机效率;电流测量误差补偿方法能够有效地解决电流测量误差导致的相位延迟误差补偿效果下降的问题。

关键词：无刷直流电机换相误差自适应线性神经元递归最小二乘算法电流测量误差

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高速空心杯电动机控制技术研究

高速空心杯电动机控制技术研究

作者：李建宁山东理工大学

学位级别：硕士

空心杯电机是一种高速、高精度的电机,凭借其响应速度快、功率密度高、运行平稳、伺服性能好的特点,使其在军事、航空航天、医疗器械、自动化设备等高速、高精度的场合中得到了广泛的应用。在空心杯电机控制系统中换相误差会制约控制系... 详细信息

空心杯电机是一种高速、高精度的电机,凭借其响应速度快、功率密度高、运行平稳、伺服性能好的特点,使其在军事、航空航天、医疗器械、自动化设备等高速、高精度的场合中得到了广泛的应用。在空心杯电机控制系统中换相误差会制约控制系统性能,并使电机的精度和稳定性下降,另外转矩脉动也会对电机运行的稳定性造成影响,为了提升空心杯电机控制系统的性能,本文在空心杯电机无位置控制的基础上对电机的换相误差和转矩脉动抑制进行研究。首先,介绍了高速空心杯无刷电机的结构,深入分析空心杯无刷电机的基本原理,并构建其数学模型,介绍六步法控制方法、反电势检测法、转子启动方法以及速度调制方式在内的电机控制相关步骤,分析了电机换相误差的来源。针对空心杯电机无位置控制问题,采用三段式的空心杯电机无位置控制方法,最后对高速空心杯电机无位置控制系统进行仿真分析。其次,对空心杯电机无位置控制系统的实验平台进行搭建,设计控制系统的硬件电路并详细分析了软件算法的实现过程,为后续验证本文所提的控制策略的有效性打好基础。再次,详细分析不同PWM调制方式下非导通相的续流情况,在考虑了非导通相换相续流、开关损耗和转矩脉动影响后最终选择PWM-ON-PWM的功率电路驱动方式,并对其实现方法进行研究,设计了换相角度细分程序,并通过实验验证了该程序的正确性。最后,针对高速空心杯电机高速运行中因为滤波采样电路、软硬件延迟、采样延迟引起的换相误差问题,提出一种基于母线电流积分的自适应换相校正策略,以母线电流在一个导通周期的前后半个周期的电流积分值相等为目标,将电机的母线电流积分值作为反馈信号对换相角度进行闭环补偿,并通过实验进行了验证。该换相校正策略只需对电机的母线电流进行检测,不依赖于任何电机参数。

关键词：空心杯电机无位置传感器控制 PWM调制换相误差换相校正

无刷直流电机无位置传感器驱动系统研究与设计

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无刷直流电机无位置传感器驱动系统研究与设计

作者：张浩军华中科技大学

学位级别：硕士

无人艇是指船端无人操控且具备远程遥控与自主航行能力的水面船舶,以无刷直流电机作为原动机的推进系统能有效减少无人艇对环境产生污染,推进无人艇在内河湖泊的应用。位置传感器是无刷直流电机换相的主要依据,同时也是硬件故障的重要来... 详细信息

无人艇是指船端无人操控且具备远程遥控与自主航行能力的水面船舶,以无刷直流电机作为原动机的推进系统能有效减少无人艇对环境产生污染,推进无人艇在内河湖泊的应用。位置传感器是无刷直流电机换相的主要依据,同时也是硬件故障的重要来源,因此,采用无位置传感器控制方式能够显著提高驱动系统的可靠性,更适合无人艇应用。因此本文选题研究面向无人艇的无传感器无刷直流电机控制,具体研究内容如下:本文首先建立了无刷直流电机的数学模型、介绍了无刷直流电机的工作原理。在此基础上在Saber中搭建了无刷直流电机驱动系统有位置传感器和无位置传感器控制仿真平台,并依据无人艇推进系统需求完成了电机驱动系统的软硬件设计。设计了无刷直流电机无位置传感器控制的开环起动策略,分析了端电压法硬件实现方案和软件实现方案的工作原理及实现过程,实现了硬件实现方案中低通滤波电路的参数设计,针对低通滤波电路在中高转速阶段导致的大的相位滞后,通过切换滞后补偿模式,实现准确换相。针对ADC模块采样结果波动对过零点信号造成的干扰,采用滑动平均滤波以及消抖滤波算法消除了干扰,提高了过零点观测精度。并针对硬件实现和软件实现方案在Saber仿真平台以及物理实验平台上进行了实验。推导证明了换相误差对转矩和电流的影响,并分析了产生换相误差的因素,改进了基于端电压对称的闭环校正策略,并在Saber仿真平台上进行了验证。最后搭建了完整的驱动系统测试平台,通过阶跃响应以及变载实验验证了所设计的驱动系统的控制性能。

关键词：无刷直流电机无位置传感器端电压法换相误差闭环校正

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高速无刷直流电机自寻优换相校正策略

电工技术学报 2019年第19期34卷 3997-4005页

作者：施晓青王晓琳徐同兴顾聪南京航空航天大学自动化学院

换相误差是影响高速永磁无刷直流电机系统性能的主要因素之一,众多学者已对换相误差模型及校正技术进行了广泛研究。该文指出相电流与换相误差呈非线性关系,当且仅当换相误差被完全补偿时相电流存在最小值。为达到换相误差的最优补偿效... 详细信息

换相误差是影响高速永磁无刷直流电机系统性能的主要因素之一,众多学者已对换相误差模型及校正技术进行了广泛研究。该文指出相电流与换相误差呈非线性关系,当且仅当换相误差被完全补偿时相电流存在最小值。为达到换相误差的最优补偿效果,提出一种基于最小相电流追踪的自寻优换相校正策略,即仅以电机相电流作为反馈信号对换相补偿角自动寻优。这种自寻优换相校正策略既不依赖于任何电机参数,又能统一补偿因电机阻抗效应、采样延迟及控制回路延迟等不同因素导致的换相误差。同时,该策略不受限于无刷直流电机的位置检测方法、调制方式或反电动势波形是否理想等条件,实现简单,具有较强的适用性。最后通过仿真和实验验证了该策略的有效性和优越性。

关键词：换相误差自寻优无刷直流电机换相校正

方波无刷直流电机风力发电控制系统研究与设计

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方波无刷直流电机风力发电控制系统研究与设计

作者：李晓霞东北大学

学位级别：硕士

风力发电系统因其具有缓解环境污染,调整能源结构等多个优点,受到各国大力发展。小型风电系统多数位于较偏远的山区,或者近海区域,因其交通不便,无法专员维护,因此系统故障率愈来愈高,对于小风场来说,其故障检测与容错运行显得尤为重要... 详细信息

风力发电系统因其具有缓解环境污染,调整能源结构等多个优点,受到各国大力发展。小型风电系统多数位于较偏远的山区,或者近海区域,因其交通不便,无法专员维护,因此系统故障率愈来愈高,对于小风场来说,其故障检测与容错运行显得尤为重要。大型风力发电机技术较为成熟,但不同种类发电机,其控制方式也不同,因此,研究出一款适应于小型风力发电机的控制系统显得尤为重要。本文针对无刷直流方波风力发电机的控制、无位置传感器换相误差补偿及整流器故障容错控制展开了研究,主要工作如下:首先,介绍了小型风力发电系统的研究背景,并分析了无刷直流电机作为发电机的研究现状,建立了风力机和无刷直流电机的数学模型与仿真模型。通过对风力发电系统最大功率跟踪控制原理的分析,提出改进型梯度式变步长爬山搜索法,使得系统更加方便快捷的追踪到最大功率点。通过仿真对比分析了基于不可控整流和可控整流的无刷直流风力发电系统性能的不同,对项目硬件电路的确定提供了理论与仿真基础。其次,对无刷直流电机风力发电系统整流器故障进行分析,提出整流器故障诊断原理,并通过分析无刷直流发电机特有的调制方式,结合仿真结果,提出无刷直流电机整流器故障部分容错控制。另外,在整个无刷直流电机风力发电控制项目基础上,更深入的研究了变风速下无位置传感器无刷直流电机产生的换相误差,并提出了相应的换相补偿策略,通过仿真和实验均验证了理论的正确性。最后,介绍了无刷直流风力发电控制系统的硬件电路及风洞试验平台,对实验波形图进行了分析,总结全文,并对后续工作加以展望。

关键词：无刷直流电机风力发电换相误差整流器故障诊断容错控制

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高速永磁无刷直流电机换相校正技术探究

高速永磁无刷直流电机换相校正技术探究

作者：施晓青南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,高速永磁无刷直流电机凭借其控制简单、成本低、效率高以及相对较小的体积和较大的功率密度等优势发展迅猛。然而,换相误差问题一直是影响高速永磁无刷直流电机系统性能的主要因素之一,也由此制约了永磁无刷直流电机在更高转速... 详细信息

近年来,高速永磁无刷直流电机凭借其控制简单、成本低、效率高以及相对较小的体积和较大的功率密度等优势发展迅猛。然而,换相误差问题一直是影响高速永磁无刷直流电机系统性能的主要因素之一,也由此制约了永磁无刷直流电机在更高转速、更高精度和更高稳定性场合的应用。因此,对高速永磁无刷直流电机换相校正技术的研究具有重要意义。本文首先阐述了永磁无刷直流电机的换相逻辑,分析了高速永磁无刷直流电机系统中的主要换相误差类型并给出了对应数学模型,然后对不同类型换相误差进行了统一化处理,指出不管由何种因素引起的换相误差最终都体现为相反电势和相电流之间的相位差即内功角。然后本文提出了一种基于内功角锁相的换相校正策略,通过观测电机转子磁链和相电流积分间的相位差间接获取电机的内功角信息即换相误差信息,然后将内功角作为控制和反馈信号,结合PI调节器的使用,对内功角建立锁相环并对其进行闭环控制,从而实现换相校正。该换相校正策略能统一补偿所有类型换相误差,控制简单易实现。接着本文提出了一种基于最小相电流追踪的自寻优换相校正策略,指出电机相电流与换相误差呈非线性关系,且当换相误差实现全补偿时相电流存在最小值,基于这种关系建立了换相补偿角的自寻优算法,即以电机相电流作为反馈信号对换相补偿角自动寻优,从而实现换相校正。该换相校正策略也能统一补偿所有类型换相误差,且只需检测电机相电流,不依赖于任何电机参数。针对本文所提的两种换相校正策略,本文利用MATLAB/Simulink平台搭建了仿真模型,并以TMS320F28335为控制芯片搭建了实验平台,仿真和实验结果均证明了这两种换相校正策略的可行性和有效性。

关键词：永磁无刷直流电机换相误差换相校正锁相环内功角自寻优

无刷直流电机无位置传感器转子位置闭环校正策略与实验研究

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微电机 2017年第10期50卷 62-68页

作者：侯福祥张全立唐纯静中国石油集团钻井工程技术研究院北京102206

针对石油钻井用无刷直流电机无位置传感器换相误差问题,分析了逆变器高频PWM对无位置传感器检测电路参数设计的影响,构建了无位置传感器不同检测参数下电机换相延时的数学模型,结合换相前后电机相电流的变化,提出了一种基于相电流积分... 详细信息

针对石油钻井用无刷直流电机无位置传感器换相误差问题,分析了逆变器高频PWM对无位置传感器检测电路参数设计的影响,构建了无位置传感器不同检测参数下电机换相延时的数学模型,结合换相前后电机相电流的变化,提出了一种基于相电流积分面积相等的无刷直流电机无位置传感器转子位置闭环校正策略。该控制策略以全转速范围内不切换换相表为前提,以换相前后相电流积分等值为控制目标,以电机相电流为检测量,通过PI控制器实时调制转子相位补偿角度,实现无刷直流电机高精度换相。实验表明,所提出的闭环校正策略在全转速范围内都能有效地补偿电机换相误差,减小电流波动,提高电机性能。

关键词：无刷直流电机无位置传感器闭环校正换相误差积分等值