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基于改进转子位置解调的旋转高频电压注入法

安徽大学学报（自然科学版） 2023年第2期47卷 51-58页

作者：何叶胡红明杨皓东杜晶玮武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

传统的旋转高频电压注入法中的数字滤波器无法兼顾动态响应速度和滤波精度,可移植性差且占用CPU的资源较多.针对该问题,提出基于改进转子位置解调的旋转高频电压注入法.仿真实验结果表明:陷波器对基频和高频信号均有很强的跟踪能力;转... 详细信息

传统的旋转高频电压注入法中的数字滤波器无法兼顾动态响应速度和滤波精度,可移植性差且占用CPU的资源较多.针对该问题,提出基于改进转子位置解调的旋转高频电压注入法.仿真实验结果表明:陷波器对基频和高频信号均有很强的跟踪能力;转速突变后,该文改进方法的转速估计误差及角度估计误差均小于传统方法对应的误差;负载转矩突变后,该文改进方法的转速估计误差及角度估计误差均小于传统方法对应的误差.因此,该文改进方法具有有效性.

关键词：旋转高频电压注入数字滤波器陷波器降阶广义积分器

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带有长电缆的永磁同步电机无传感器速度控制

电机与控制学报 2022年第3期26卷 32-40页

作者：李练兵王佳李铎何桂欣张金龙孙坤河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300130

在采油过程中,潜油泵需要拖拽长功率电缆工作在500~2000 m的井下,由于电机的阻抗与动力电缆阻抗匹配问题会在电机端产生高于直流母线电压两倍的过压,而且井下工作环境复杂,电磁干扰严重,不适合安装位置传感器等精密器件。为了解决这些问... 详细信息

在采油过程中,潜油泵需要拖拽长功率电缆工作在500~2000 m的井下,由于电机的阻抗与动力电缆阻抗匹配问题会在电机端产生高于直流母线电压两倍的过压,而且井下工作环境复杂,电磁干扰严重,不适合安装位置传感器等精密器件。为了解决这些问题,并满足低速大扭矩工况的要求,提出了一种用于潜油泵的永磁同步电动机无传感器控制方法。设计了基于高频旋转电压注入的凸极永磁同步电机无传感器控制方法,并提出了一种基于长电缆模型的电机端子电压/电流观测器,通过采集逆变器端的电压、电流来估计电机端电压、电流的实际值。采用三电平逆变器通过长动力电缆为永磁同步电机潜水泵提供能量,相比于两电平逆变器,可以有效抑制电机端子过电压,能够有效降低电机产生的热量,减少采油时的能源消耗。通过对整个系统建模,利用仿真软件对控制算法进行了验证。

关键词：三电平逆变器旋转高频电压注入永磁同步电机长动力电缆无传感器控制深井潜油泵

基于参数辨识的低速永磁同步电机MTPA控制策略

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实验技术与管理 2024年第4期41卷 46-52页

作者：蒯松岩吴文扬卓金亮魏伟王玺凯中国矿业大学电气工程学院江苏徐州221116

在永磁同步电机运行过程中,由于铁芯材料磁导率呈非线性变化而导致电感变化,继而在最大转矩电流控制比(MTPA)控制下出现固有的计算参数与实际参数不匹配现象,严重影响了电机的动态性能和运行工况下的稳定性。针对这一现象,该文采用高频... 详细信息

在永磁同步电机运行过程中,由于铁芯材料磁导率呈非线性变化而导致电感变化,继而在最大转矩电流控制比(MTPA)控制下出现固有的计算参数与实际参数不匹配现象,严重影响了电机的动态性能和运行工况下的稳定性。针对这一现象,该文采用高频注入原理,通过对高频注入产生的响应信号解调辨识得到实时的电感参数,然后令辨识得到的电感参数参与到MTPA计算中,保证了参数辨识的准确性和电机运行的稳定性,避免了最大转矩电流控制参数与电机不匹配导致的失控问题。最后,采用DSP LAUNCHXL-F28379D为控制核心的实验平台对所提方法进行了验证,实验结果表明该方法能够有效辨识电感参数并实现最大转矩电流控制。

关键词：内埋式永磁同步电机旋转高频电压注入参数辨识最大转矩电流比

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两种高频信号注入法无传感器运行分析对比

控制工程 2017年第10期24卷 2093-2098页

作者：樊生文李雷郑春雨北方工业大学电力电子与电气传动工程研究中心北京100144

介绍了两种高频信号注入法的应用场合,分析了二者转子位置检测的原理,指出了二者的不同与实现技术的关键,通过仿真和实验的对比结果表明两种方法都能在低速下有效地实现转子位置的自检测,不依赖电机的参数与工况,具有较强的鲁棒性。采... 详细信息

介绍了两种高频信号注入法的应用场合,分析了二者转子位置检测的原理,指出了二者的不同与实现技术的关键,通过仿真和实验的对比结果表明两种方法都能在低速下有效地实现转子位置的自检测,不依赖电机的参数与工况,具有较强的鲁棒性。采用旋转高频电压信号注入法的系统,难点在于对不同速度下对转子位置估算角进行补偿,结构虽然复杂,但易于实现与调试。采用脉振高频电压信号注入法的调速系统结构简单,但对调节器参数敏感,如何根据系统参数整定调节器参数是该系统实现的关键。

关键词：永磁同步电机旋转高频电压注入脉振高频电压注入转子位置自检测

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IPMSM全速域无位置传感器控制策略

组合机床与自动化加工技术 2024年第3期 96-100页

作者：诸德宏赵铭钰江苏大学电气信息工程学院镇江212013

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器系统全速域运行,提出一种改进型IPMSM复合控制策略。首先,在零低速域选用高频旋转电压注入法实现对电机转速和转子位置的估计;其次,在中高速域,为了削弱传统滑模观测器中开关函数造成的... 详细信息

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器系统全速域运行,提出一种改进型IPMSM复合控制策略。首先,在零低速域选用高频旋转电压注入法实现对电机转速和转子位置的估计;其次,在中高速域,为了削弱传统滑模观测器中开关函数造成的系统抖振问题,构造新型超螺旋滑模观测器,提高系统的观测精度;最后,引入差分进化算法优化过渡速域权重系数,实现不同观测方法间的合理切换,完成全速域下转子位置和转速的高精度辨识。研究结果表明,所提算法能够实现电机全速域运行,且具有良好的动态性能。

关键词：内置式永磁同步电机无位置传感器旋转高频电压注入二阶滑模观测器差分进化算法

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潜油泵用PMSM无传感器控制研究

潜油泵用PMSM无传感器控制研究

作者：侯荣立河北工业大学

学位级别：硕士

为了响应国家节能减排的号召,既要提高石油的开采效率又要较少开采设备的能源消耗。潜油泵用PMSM具有体积小、效率高、过载能力强等优点,它的采用不仅提高采油效率,而且节约开采成本。另外,由于特殊的工作环境,电动机不能安装位置传感... 详细信息

为了响应国家节能减排的号召,既要提高石油的开采效率又要较少开采设备的能源消耗。潜油泵用PMSM具有体积小、效率高、过载能力强等优点,它的采用不仅提高采油效率,而且节约开采成本。另外,由于特殊的工作环境,电动机不能安装位置传感器。因此,本文对潜油泵用PMSM无传感器控制做如下细致的研究。首先,分析PWM电压脉冲在动力电缆上的传输过程,深入研究PWM电压脉冲上升时间对潜油泵端过压现象的影响。针对较长动力电缆变频系统存在的潜油电机过压和谐振问题,分析比较目前国内外对该问题的解决办法的优缺点。研究适用于潜油电机用多电平逆变器调制策略,提高逆变器输出质量,抑制潜油电机端的过压和谐振。其次,介绍基于传统旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器控制原理。针对外差法解调转子位置存在的问题,重点研究基于全通滤波器的新型转子位置解调方法。搭建基于新型转子位置解调方法的旋转高频电压注入法永磁同步电机无传感器矢量控制模型,仿真表明新型转子位置解调方法能有效解决传统旋转高频电压注入法存在的转子位置估计延时和估计精度差等问题。再次,针对切换函数的选择,滑模增益系数的选取和反电动势信号的处理等方面对传统滑模观测器进行改进。搭建基于改进后滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制模型,仿真表明该方法有效解决了传统滑模观测器固有的抖振和时间延迟等问题,实现了转子位置的精确估计。针对潜油泵用PMSM全速范围内无传感器控制难题,采用一种变权重加权切换策略,实现在不同速度范围两种无传感器控制方法的平滑切换。搭建基于两种无传感器控制方法的复合控制仿真模型,从理论上验证了该方法的可行性。最后,针对潜油泵用PMSM变频驱动系统特点,设计DSP+FPGA控制系统的硬件部分和软件部分,为后续的实验验证创造条件。

关键词：潜油泵用PMSM 旋转高频电压注入滑模观测器矢量控制

内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

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内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

作者：张可心河北科技大学

学位级别：硕士

由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有很高的效率,同时具有高功率密度、低惯性的特点,被广泛用于多种应用领域。传统PMSM控制方法要求获得转子位置信息,然而为了达到准确地控制,采用位置传感器增加了成本以... 详细信息

由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有很高的效率,同时具有高功率密度、低惯性的特点,被广泛用于多种应用领域。传统PMSM控制方法要求获得转子位置信息,然而为了达到准确地控制,采用位置传感器增加了成本以及系统复杂度和可靠性的问题。因此,在PMSM控制领域研究出无位置传感器的新型控制方法正在受到关注。本文以内嵌式永磁同步电机作为研究对象,针对零低速段,从改善系统的动态性能和稳态精度两个方面,对无位置控制技术做了深入的研究。首先对PMSM基本原理以及传统位置传感器矢量控制策略进行阐述,仿真结果也证明了永磁同步电机矢量控制策略在带位置传感器情况下的有效性。本文对内嵌式永磁同步电机的高频数学模型进行了深入探讨,并详细阐述了旋转高频电压信号注入法的基本原理以及其存在的缺陷。该方案限于滤波器的大量采用,转子位置信息的提取存在较大的干扰以及其他因素的影响,因而使转子位置的估计不准确而影响了对电机的控制。对此,利用改进无滤波器高频方波电压注入方法,解决常规高频信号注入法运算量较大的问题、相位延时问题。其次,利用改进的方波电压脉冲注入法对转子的初始位置角进行检测。最后对逆变器中影响位置估计精度的非线性因素进行了研究并提出了补偿方法。为增强PMSM控制系统控制特性,本文通过使用一种以模糊滑模为基础的速度控制方法取代了传统PI控制。转速环采用模糊滑模变结构控制器优化设计。为得到模糊滑模控制器参数最优解,本文中提出了一种改进的樽海鞘算法(Salp Swarm Algorithm,SSA),并将其作用于模糊滑模控制器,以时间和绝对误差积分(Integral of Time and Absolute Error,ITAE)为优化规则,确定了模糊滑模控制器参数最优解。最后建立了一个基于dSPACE的半实物实验平台,通过软硬件设计,无滤波器的高频方波电压注入方法通过实验得到验证。验证改进模糊滑模控制算法与传统PI控制算法比较,结果表明电机起动过程中超调量非常小,并且在正常行情况下具有较好的鲁棒性。

关键词：永磁同步电机旋转高频电压注入改进高频方波电压注入模糊滑模樽海鞘算法 dSPACE

基于高频信号注入的PMSM无速度传感器控制策略研究

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基于高频信号注入的PMSM无速度传感器控制策略研究

作者：廖军合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,永磁同步电机由于其高的功率密度、高效率以及控制简单等优点,在传动领域得到了广泛的应用。为了实现永磁同步电机的矢量控制和直接转矩控制,需要获得精确的转子位置以用于控制速度和转矩。通常是使用机械速度(位置)传感器如编... 详细信息

近年来,永磁同步电机由于其高的功率密度、高效率以及控制简单等优点,在传动领域得到了广泛的应用。为了实现永磁同步电机的矢量控制和直接转矩控制,需要获得精确的转子位置以用于控制速度和转矩。通常是使用机械速度(位置)传感器如编码器和解算器,这样就增加了系统的成本和复杂程度,同时也使得系统的可靠性和抗干扰能力大大降低。这样实现PMSM的无传感器控制就可以省掉反馈线路,并且使得系统更加可靠,造价更低。目前,大量永磁同步电机无速度传感器控制方案被提了出来。其中一大类根据的是电机的基频电压方程,由于转子磁链被认为是正弦分布的,电机的反电动势被用来作转子位置的分析,如开环的直接计算法、反电动势积分法等等;或者是闭环的模型参考自适应法、D状态观测器、扩展卡尔曼滤波器、滑模观测器等等。本文详细研究了永磁同步电机高频信号注入法无速度传感器控制方法。首先,本文介绍了高频旋转电压注入法,该法是利用永磁同步电机的凸极效应,在静止坐标系上注入高频旋转电压,利用滤波器对高频响应电流进行信号处理,最终分析得到转子位置信息。这种方法的常规滤波方式中使用的是带通滤波器和带阻滤波器,这样会带来较大的相移和幅度衰减等问题,本文改进了滤波环节,基于高通滤波器可以完全滤除直流量的特点,全部用同步轴系滤波环节代替带通滤波器和带阻滤波器。其次,本文详细介绍了用于转子位置跟踪的龙伯格观测器。根据电机的磁饱和效应,介绍了一种判定转子永磁体N/S极极性的方法,解决了常规高频注入法所存在的估算结果可能反向的问题。最后,介绍了脉振高频电压注入法,这种方法使用的滤波器较少,结构更加简单,静、动态调速性能都较好。本文对所提方法进行了仿真验证,结果表明该方法能够准确估算出转子的初始位置,在电机低速和高速条件下运行时均能够有效观测出正确的转子位置和速度信息。

关键词：无速度传感器控制永磁同步电机旋转高频电压注入脉振高频电压注入龙伯格观测器转子极性判别初始位置检测

永磁同步电机高频注入法无速度传感器矢量控制技术研究

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永磁同步电机高频注入法无速度传感器矢量控制技术研究

作者：李宇东湖南大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有功率密度高、效率高、体积小等众多优点,在各行各业中都有良好的表现和广泛的应用。在对永磁同步电机进行控制时,电机的转子位置和转速是两个必不可少的信号,为此一般采用的是机械传感器进行测量,但这样不仅会增加体积... 详细信息

永磁同步电机具有功率密度高、效率高、体积小等众多优点,在各行各业中都有良好的表现和广泛的应用。在对永磁同步电机进行控制时,电机的转子位置和转速是两个必不可少的信号,为此一般采用的是机械传感器进行测量,但这样不仅会增加体积、成本,还会降低电机运行可靠性,限制永磁同步电机系统的应用范围。在这样的背景下,如何不使用位置、速度传感器(即无速度传感器技术)来对永磁同步电机进行控制成为当前电气行业的研究热点课题。本文的研究重点是永磁同步电机采用高频电压注入法的无速度传感器矢量控制,研究主要内容有:1、简单介绍了永磁同步电机的优异性能与三种电机控制理论的优劣,对无速度传感器的发展现状以及分类进行了分析,其中,高频信号注入法能够解决电机零速、低速运行时位置、速度估计难的问题,选择了该方法为本文主要研究方向。2、从永磁同步电机的基本结构出发,讨论了坐标变换理论的详细推导,利用该理论将永磁同步电机静止三相ABC坐标系下的数学模型解耦简化成两相旋转dq坐标系下的数学模型,并在此基础上对永磁同步电机矢量控制的各种方法进行了较为深入的分析,本文选择了i=0控制作为后续分析所使用的矢量控制方法。3、对两种无速度传感器控制方法——旋转高频电压注入法与脉振高频电压注入法位置与速度信息估计的原理进行了详细的分析,针对两种方法初始位置检测的问题进行讨论。在MATLAB/Simulink环境下搭建了两种方法的仿真模型,通过仿真分析比较得出,两种高频注入法各有优势,都能达到较好的控制效果。最后选择旋转高频电压注入法进行了永磁同步电机无速度传感器矢量控制实验研究,实验结果表明,所采用的控制方法能够在低速情况下有效的估计转子位置与速度信息,系统有良好的动态特性与鲁棒性。4、对本课题所做研究进行反思与总结,在本文研究基础上,对进一步的工作与研究方向进行了展望。

关键词：永磁同步电机矢量控制无速度传感器旋转高频电压注入脉振高频电压注入