基于改进型简化磁链法的开关磁阻电机无位置传感器速度控制

传统的简化磁链法需要以单相轮流导通和电流斩波控制为前提条件,其中单相轮流导通即在换相角处关断当前相的同时开通下一相的条件使系统的开通和关断角之间存在耦合,不利于在进行无位置传感器速度控制同时实现效率优化或转矩脉动最小化等要求。为此,本文提出了能够任意给定开通角且其与关断角无关的改进型简化磁链法,并以此搭建了开关磁阻电机(SRM)无位置传感器速度控制系统。所提方法仅需控制系统采取关断角固定和电流斩波控制方式,根据所提的改进型简化磁链法,能够确定关断角位置,并可估算出转速和任意时刻转子位置。最后,所提方法和利用该方法搭建的SRM无位置传感器速度控制系统,通过DSP驱动实验,证明了其有效性。     

考虑小电感区电感变化量的开关磁阻电机 开关角优化方法

开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)电磁特性具有高度非线性的特点,采用传统的开关角优化方法很难取得理想的控制效果。以三相12/8极SRM为研究对象,采用有限元方法计算了样机的电磁特性,分析了小电感区的非线性特点,建立了电机小电感区内的非线性数学模型,推导了最优开通角的解析式,根据开通角解析式与电机运行时的磁链变化规律,得出了最优关断角解析式,实现了不同转速下开通角与关断角的自适应调节。实验结果表明:改进的开关角优化方法简单有效,提高了系统运行效率和带载能力。     

永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略

采用标准角度控制的永磁式双凸极电机，在换相时三相同时导通或关断，产生较大换相转矩脉动。该文通过对电机内部电磁场的有限元计算，分析了转矩脉动形成机理。为减小换相转矩脉动，提出新型开通角和关断角控制策略。该方法通过提前导通功率变换器上管、滞后关断其下管，对一个周期内的导通模式进行细分，通过换相前后，两相和三相导通方式的切换，提高换相时刻输出转矩，减小电机转矩脉动。根据有限元分析的电感和磁链数据，构造永磁式双凸极电机调速系统非线性仿真模型，并将其与标准角度控制方式进行仿真与实验比较，验证了新型控制策略的正确性。     

一种改进的开关磁阻电机角度位置控制方法研究

针对开关磁阻电机(SRM)调速系统提出了一种改进型的角度位置控制(APC)方法。利用多项式拟合得到电感-位置-角度关系,通过分析开通角和关断角对电机运行特性的影响,设计速度环比例积分微分(PID)控制器,完成对SRM开通角和关断角的双角度控制(DAC)在线调节。仿真和实验结果表明所提DAC对SRM具有较好的调节效果,且转矩脉动小,验证了所提方法的正确性和有效性。     

一种导通区间优化的开关磁阻电机无位置传感器起动方法

无位置传感器起动运行技术一直是开关磁阻电机研究的热点与难点。对开关磁阻电机初始定位后的起动运行阶段进行了研究,提出了一种基于导通相与非导通相电流斜率差值交点法的开关磁阻电机无位置传感器起动运行方法。该方法利用三相绕组的对称性,在导通相与非导通相电流斜率差值交点处确定即将导通相的0°位置,并在该位置完成换向;优化了起动运行的导通区间,起动效率较高,实现了与高速无位置传感器算法的平滑过渡,进而实现全速范围内的无位置传感器运行。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性与有效性。     

高速SRM无位置传感器控制

针对简化磁链法开通角和关断角无法灵活且精确控制的问题,限制SRM(swithed reluctance motor)效率和高速运行性能,根据不同转速,提出实时调整开关角的无位置检测控制策略,通过建立电机有限元仿真模型,计算得到样机不同转子位置磁链模型.为提高角度位置控制精确度,针对SRM磁链模型的特点,给出参考磁链选取原则,在此基础上,根据不同转速实时调整开关角,实现SRM变角度位置控制.为验证提出的无位置控制策略的有效性,分别选取低速和高速样机进行试验.结果表明,提出的无位置检测法适用于低速和高速SRM,具有较高位置估算精确度.     

基于电感模型的SRM变速直驱无传感器控制

开关磁阻电动机在变速直驱场合要求磁链计算和转子位置估计的准确性。针对零速状态,提出了激励脉冲法辨识转子初始位置。基于电感模型提出了中低速状态下转子位置估计方法。考虑到功率器件导通压降对磁链计算的影响,提出了绕组相电压重构方法和等效电阻校准方法。实验结果表明,电机零速起动无反转,转子位置估计误差较小,整体控制方案易于实现。     

开关磁阻电动机无位置传感器能量优化控制

给出了一种基于简化磁链法的开关磁阻电动机(SRM)无位置传感器能量优化控制方案：该方法首先利用校准程序测量了SRM平衡位置处的磁链特性；在此基础上，通过能量消耗最小在线优化过程以获得SRM换相位置处的参考磁链；估计SRM当前导通相绕组磁链，与参考磁链比较，完成SRM换相运行。实验结果表明文中给出的SRM换相角在线优化的无位置传感器检测方法简单、实用，系统运行效率高。     

两种开关磁阻电机无位置传感器起动技术的比较研究

无位置传感器起动技术一直是开关磁阻电机研究的难点。对传统的非导通相电流比较的起动方法进行了改进,同时还提出了一种基于非导通相电感双阈值法的起动策略。前者是通过比较非导通相电流大小来获得换相信号,实现电机的轮流驱动;后者则是通过比较非导通相估计电感与预设阈值之间的大小,来估计另外两相的开通与关断信号,实现电机的驱动运行。对两种无位置传感器起动方法进行理论分析,最后通过实验验证了这两种起动方法的可行性,并证明了理论分析的正确性。     

基于新型TSF的车用SRM直接瞬时转矩控制

根据车用工况的需求,以开关磁阻电机的非线性模型为依据,提出了一种基于新型转矩分配函数的改进型直接瞬时转矩控制(IDITC)方案。针对传统转矩分配函数受导通角限制的情况,IDITC将控制中的开通、关断角与转矩分配函数的控制角度进行区分,在满足了各相转矩分配函数之和为1的前提下,扩大了其导通角的范围,并最终通过PI调节对分配转矩不可控区间实施控制。仿真和实验结果表明,IDITC能有效抑制系统的转矩脉动,提高系统的效率。     

永磁直线同步电机无位置传感器动子位置辨识

为了获取无位置传感器伺服系统中永磁直线同步电机的动子位置和速度,采用基于磁链变化的动子位置检测方法,利用两次磁链中值代替传统滤波器来快速消除反电势纯积分造成的磁链漂移现象,并采用死区补偿算法解决低速状态下重构相电压与实际相电压差值较大的问题.以空心式永磁直线电机为研究对象,分析1 ～5 Hz运行时的动子位置估算误差,以及电机参数对动子位置估算结果的影响.通过实验测得当运行速度为3 Hz时动子位置估算结果的均方根误差为0.024 rad,误差较小.实验结果表明,基于磁链变化的动子位置估算方法能够获得永磁直线电机在低速运行时的动子位置信息.     

考虑互感影响的开关磁阻电机无位置传感器控制技术

针对开关磁阻电机采用电流斩波控制(CCC)方式时相间互感对无位置传感器角度估算的影响,提出一种转子位置估算方法,该方法可以消除相间互感对位置估计的影响,并且无需测量相间互感大小。当电机在单相励磁区时,此时采用变系数电感模型方法进行角度估计;当电机在两相同时处于励磁区时,相间互感不为零,此时对导通相的磁链做差值运算以消除相间互感,最终通过实验对提出的转子位置估算方案进行验证。实验结果表明,与传统的忽略相间互感影响的转子位置估计方案相比,该方案能够消除互感对转子位置估计的影响,并且具有更高的估计精度,能够实现较大转速范围的无位置传感器稳定可靠运行。     

U型单相自起动永磁同步电机参数计算与起动特性分析

为了使U型单相永磁同步电机实现自起动,气隙采用非对称形式。文中基于二维有限元法对电机绕组电感、磁链和定位转矩进行了计算。在此基础上,针对所建立的动态数学模型,用龙格库塔法对空载起动过程进行了动态仿真计算,得到该电机电流、转矩和转速曲线。同时讨论了电源合闸角、转子初始相角、磁链和负载转矩对电机转速和旋转方向的影响。本文所论述的工作为该电机的进一步理论研究与优化设计奠定了基础。     

直驱型机电作动器中永磁容错电机非线性模型研究

针对直驱型机电作动器中永磁容错电机存在饱和凸极效应的特点,建立三相12槽10极永磁容错电机非线性数学模型。将电机绕组磁链分为定子电流和转子磁极产生的磁链两部分,把转子磁极产生磁链等效为随转子位置变化的等效电流产生磁链,将电感表示为绕组总电流函数。辨识电机非线性磁链模型,在此基础上得出永磁容错电机非线性模型参数,在Matlab/Simulink中建立永磁容错电机非线性数学模型,并进行仿真分析。最后,利用有限元法和实验验证永磁容错电机非线性数学模型的有效性。此模型可推广到其他永磁容错电机中,可以为永磁容错电机无传感器控制设计提供参考,对提高直驱型机电作动器可靠性很有帮助。     

具有参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制

转子磁极位置估计的准确性决定永磁同步电机无位置传感器控制系统的性能,为了实现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。根据实际冰箱制冷系统需求,采用模型参考自适应系统构建无位置传感器矢量控制方案,在仿真研究电机参数变化对位置估算影响的基础上,提出了一种具有参数辨识的内埋式永磁同步电机无位置传感器控制方案。利用电机的电流模型,运用扩展卡尔曼滤波器对转子磁链和交轴电感同时进行在线辨识,并将辨识出的参数用于更新无位置传感器矢量控制算法中的电机模型。仿真和实验结果表明,参数辨识算法可以有效地辨识出实际的转子磁链和交轴电感,具有参数辨识的无位置传感器矢量控制方案可行有效,在压缩机厂商提供的电机参数存在一定误差的情况下可以保证冰箱制冷系统的性能。     

双层V型双三相永磁同步电机的电感计算与转子结构优化

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,是电机设计的关键。双三相永磁同步电机性能计算需要准确的计算电感及磁链等相关参数,而电机在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合效应影响严重,常规方法无法准确计算。本文采用冻结磁导率法对电机交直轴电感进行计算分析,通过改变交直轴电流大小,分析电感变化规律。分析双层V型永磁体张角及永磁体间距的变化对电机性能的影响,在保证永磁体的用量不变的情况下增大了凸极率,提高电机的过载能力。     

基于磁链观测器的PMSM反馈解耦矢量控制系统

针对传统矢量控制系统对电机参数依赖性较大的特点,对传统反馈解耦的矢量控制方法进行了改进。在电压解耦的矢量控制系统中,利用磁链观测获得的电机磁链实时计算解耦电压,并在解耦结构中增加电流误差修正的PI控制,以克服由于电机参数变化对PMSM矢量控制系统的影响。仿真结果表明,改进的矢量控制方法能提高系统的解耦效果,增强系统的调节能力以及对电机参数变化的鲁棒性,证明了控制方法的正确性和有效性。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

考虑磁路饱和的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

开关磁阻电机在磁路饱和情况下,其导通相电感会随导通相电流的变化而变化,从而影响转子位置估算精度,提出一种电机转子位置估算方法。首先建立了相电感函数关系式;然后分析了相电流与相电感极值定位点位置角之间的关系;最后阐述了由两相邻采样定位点来估算出相应的转子位置角度的实现过程。以三相6/4结构电机进行了相关仿真与实验,结果表明上述方法的可行性。     

Four-Quadrant Sensorless Operation of Switched Reluctance Machine over the Wide Speed Range

Abstract

This paper presents four-quadrant sensorless control in switched reluctance machine (SRM) over the wide speed range. The proposed sensorless control technique could be employed not only at low speed with current chopping control (CCC) but also at high speed with angle position control (APC). At startup and low speed, the narrow voltage pulse is injected into the idle phases and the rotor position zone is determined by comparing the measured flux linkage with four flux linkage-current curves. The same flux linkage-current curves also can be adopted for rotor positions estimation at medium and high speeds. Two flux linkage-current characteristic curves in the inductance rising zone are employed to estimate the rotor position for motoring mode and the other two curves in the inductance falling zone are used to estimate the rotor position for braking mode. The experiments on a three-phase 12/8?pole SRM drive platform are carried out to verify the effectiveness of the proposed sensorless control technique.