基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

针对机械位置传感器给永磁同步电动机(PMSM)调速系统带来成本高,可靠性低、不易维护等同题,采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行.该方法给电机定子绕组注入脉振高频电压信号.利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出转子位置信号,实现控制系统的无传感器运行.实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步电机无传感器矢量控制的可行性和有效性.     

基于PR控制及高频信号注入的双三相永磁同步电机无位置传感器控制

双三相永磁同步电机中,在一套三相绕组中注入高频信号可以实现电机的无位置传感器控制,但是第一套绕组的高频信号也会在第二套绕组中感应出高频电流,从而影响控制性能。因此,文章提出了一种基于PR控制和高频信号注入的无位置传感器控制算法。在双三相永磁同步电机的第一套定子绕组的估计d轴中注入高频余弦电压信号,同时引入PR控制抑制第二套绕组的高频电流响应,通过第一套绕组的高频电流响应估计转子位置。仿真和实验结果验证了加入的PR控制能够有效抑制第二套绕组的高频电流,从而获得更优异的无位置传感器控制性能。     

基于双三相永磁同步电机的EPS系统低速段无位置传感器控制

在双三相永磁同步电机(PMSM)电动助力转向(EPS)系统低速段无位置传感器冗余控制中,传统高频脉振电压注入法依赖于电机凸极效应,因而存在位置相关信号的信噪比很小的固有问题。从αβ两相静止坐标系提取高频电流响应信号,直接调制静止两相高频电流,使位置角估算只与直轴电感值相关。将该方法用于饱和凸极性较小的表贴式双三相PMSM。通过仿真和试验验证了所提方法的有效性和正确性。     

基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制

针对零低速下内置式永磁同步电机的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差等问题,提出了一种滑膜控制下的基于脉振高频注入法的无位置传感器控制方法。基于电机的固有或人为的凸极效应,脉振高频注入法对电机的基波方程和参数没有依赖性,可有效估算出包括零速在内的电机转子位置和速度,实现永磁同步电机的无速度传感器控制。仿真结果表明,内置式永磁同步电机在滑模控制下能在低转速突变、负载转矩扰动的情况下,快速、准确估算转速和转子位置,动态性能好,鲁棒性强。     

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

为了克服机械式传感器给永磁同步电机调速系统带来的缺陷,深入研究了永磁同步电机脉振高频电压信号注入法的原理,采用PI控制算法对转子位置进行无偏估计,实现了永磁同步电机无传感器的矢量控制。在以TMS320LF2407A为控制核心的实验平台上进行了验证,结果表明脉振高频电压信号注入法切实可行,能够实现电机的正反转、加载等实验,具有良好的调速性能指标。     

一种内嵌式永磁同步电机启动策略

针对基于高频电压信号注入法的内嵌式永磁同步电机低速无位置传感器控制系统无法估计转子初始位置导致电机启动运行困难的问题,提出了一种内嵌式永磁同步电机启动策略。该策略通过向d,q轴注入高频脉振三角波电压信号,利用连续信号的解调思想傅里叶分解高频响应电流进行信号调制,获取角度误差信息,采用Luenberger观测器代替单PI调节器构成的锁相环估计转子角度;高频脉振三角波电压信号注入法存在无法进行永磁体N/S极判断问题,该策略采用两次转子预定位法简单有效地将转子定位于位置观测器可准确估计的位置,无需永磁体N/S极判断,控制过程简单易行。Matlab/Simulink仿真结果表明所提出的启动策略稳定有效。     

基于高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机控制

低速运行控制是无传感器永磁同步电机控制系统的关键技术之一。为提高无传感器PMSM矢量控制系统的低速性能,深入研究了一种基于高频脉振电压注入的转子位置估计方法。在估计的转子参考坐标系中注入脉振的高频电压信号,通过检测IPMSM定子侧的高频电流响应并对其进行适当的信号处理,获得了估计的转子位置和转速,实现了采用高频脉振电压注入法的无传感器速度控制。仿真结果表明该方法对电机转子位置和转速都具有良好的跟踪效果,能够使电机稳定有效地运行在低速甚至零速度状态。     

电机车IPMSM高频脉振电压注入法转子位置检测

永磁同步电机作为矿用电机车的牵引电机,在进行控制时,准确获得其转子位置信息至关重要。将高频电压信号注入电机,利用龙贝格观测器估计转子角度和转速,实现了永磁同步电机的无传感器控制,并通过仿真进行验证。将高频脉振电压注入法运用于实际的矿用电机车的控制系统,通过现场试验和后期运行证明了其准确性和可行性。     

脉振高频信号注入法误差分析

为了分析永磁同步电机系统各参数对脉振高频信号注入法位置估计误差的影响,以便有针对性地减小位置估计误差,提高无位置传感器控制技术的性能,首先对脉振高频电压信号注入情况下永磁同步电机直交轴电压进行了分析,并根据交轴基波电压得到位置估计误差公式;之后通过对位置误差公式进行数值分析,总结出控制器频率、逆变器直流母线电压及脉振高频信号电压幅值对位置估计误差大小的影响规律;最后对位置误差分析结果进行了实验验证。     

利用瞬变电抗差异的SPMSM转子位置观测

针对不使用位置传感器时表贴式永磁同步电机(SPMSM)在静止和低速工况下对转子位置难以准确观测的困难,提出一种基于电枢绕组d、q轴瞬变电抗差异原理的转子位置观测新方法。该方法利用转子磁钢导电率分布在d、q轴位置的不对称,通过向电枢绕组注入高频脉振电压,从高频电流响应中提取出转子位置。分析表明,受到转子磁钢中感应电涡流作用的影响,d轴瞬变电抗会小于q轴瞬变电抗。二者的差异不仅取决于磁钢的形状,还与包裹磁钢的非磁性金属保护套以及注入信号的频率有关。文中给出了一台样机的有限元仿真分析结果,通过电机瞬变电抗差异的实测对分析结果进行了验证。     

基于参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制

针对电机运行过程中参数变化会影响永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制性能的问题,将递推的最小二乘法(RLS)用于PMSM参数的在线辨识,在最大转矩电流比控制策略下,使用基于BP神经网络改进的模型参考自适应系统构建无位置传感器控制方案,提出了基于在线参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案。运用递推的RLS对PMSM的交轴电感和转子磁链进行在线辨识,并将参数辨识结果应用于电机无位置传感器算法中。仿真和试验证明了基于递推的RLS参数辨识算法可以对PMSM的转子磁链和交轴电感值进行准确辨识,基于参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案性能更好。     

新型分步式永磁同步电机参数辨识

永磁同步电机（PMSM）参数受所处环境等非线性因素的影响而变化,因此需要根据电机参数的不同调节控制系统,以达到更优的控制性能。针对不同电机的参数不同且无法实现快速手动测量的问题,提出一种无位置传感器PMSM的新型分步式参数辨识系统。系统分阶段采用伏安法计算电阻并采用高频电压注入法计算电机的电感和磁链,实现了无位置传感器的控制条件下,内置式PMSM的参数自动辨识。最后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了新型分步式参数辨识系统的可靠性并通过试验验证了系统的准确性。     

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键.基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通.在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法.在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究.实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能.     

基于新型高频注入的永磁同步电机无传感器控制

脉振高频电压注入法(PHFVI)利用在电机中产生的凸极效应有效解决了电机无传感器控制在零低速范围内的许多难题。针对永磁同步电机(PMSM)在零低速范围内的PHFVI控制策略存在的动态性能差及估计误差大问题,在传统方法的基础上,提出了一种新型PHFVI,在对高频信号的电流响应进行信号解调时,同时考虑了估计同步坐标系中的直轴分量与交轴分量,且转速与转子位置的获取过程中使用了锁相环(PLL)技术,理论分析并建立PMSM数学模型后,对PLL的设计过程进行了严格的推导。最后,对整体设计方案进行了全面的仿真,仿真结果证明PMSM在新型高频注入法下的动态性能更好,估计误差更小,鲁棒性更强。     

Position and speed sensorless control system of permanent magnet synchronous motor with parameter identification

The model parameters of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) are required for high‐performance control and a model‐based sensorless control. This paper proposes a sensorless control system of PMSM that does not need parametric information beforehand. The parameters of a PMSM drive system, including the inverter, are identified at standstill and under operating conditions. At first, the initial rotor position is estimated by a signal injection sensorless scheme in which the machine parameters are not required. After the initial position has been estimated, the resistance, including the on resistance of the IGBT, the voltage error caused by dead time in the inverter, and d‐axis and q‐axis inductances, are identified at standstill. After the motor starts by the signal injection sensorless control, the sensorless scheme changes to an extended EMF estimation scheme. The estimated parameters for the resistance, and daxis and q‐axis inductances are used in such sensorless control. The magnet flux‐linkage, which cannot be estimated at standstill, is identified under the sensorless operation at medium and high speeds. The effectiveness of the proposed method is verified by several experimental results. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 160(2): 68–76, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/ eej.20548     

高频信号注入无速度传感器永磁同步电机控制系统

介绍了一种基于脉振高频电压信号注入的永磁同步电机转子位置和速度估算方法,并以此为基础实现了永磁同步电机的无速度传感器矢量控制系统.无论是内埋式还是表面贴式永磁同步电机,其交直轴高频阻抗都可以表现出凸极效应,当脉振高频电压信号注入到定子线圈中时,相应的高频电流信号将包含有转子的位置信息,用一种合适的算法可以提取这一信息.在高速和低速(包括零速)运行时,这种方法都可以精确地估算出转子的位置.最后,以内埋式永磁同步电机为例,给出了这种方法的仿真结果,验证了这种方法的有效性.     

永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析

为精确设计基于凸极跟踪的无位置传感器控制系统,在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出一种基于场路耦合法的永磁同步电机无位置传感器控制系统分析与设计新方法。该方法建立在永磁同步电机三维电磁场分析模型和基于转子磁场定向的无位置传感器控制系统模型上,通过场路耦合法进行协同仿真研究,仿真结果可精确反映无位置传感器运行性能和高频电压信号激励下永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性。在此基础上建立了与仿真系统完全对应的实验系统,实验结果与仿真结果一致,表明该分析设计方法的正确性和可实现性。     

永磁同步电机转子磁位自检测复合方法

针对永磁同步电机转子磁位和速度检测问题,提出了将脉振高频电压信号注入法和模型参考自适应法有机结合的新型无速度传感器的复合方法,建立了无传感器矢量控制系统.通过设计速度切换器,实现了两种方法间的平滑切换.解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题,使系统实现了包括初始磁位在内的转子位置和速度的精确检测和控制.仿真结果表明,该复合方法能可靠的实现永磁同步电机全速度范围内的起动和运行.系统具有优良的动态、稳态性能.     

Sensorless drive of surface-mounted permanent-magnet motor by high-frequency signal injection based on magnetic saliency

This paper presents a new sensorless control scheme of a surface-mounted permanent-magnet (SMPM) motor using high-frequency voltage signal injection method based on the high-frequency impedance difference. In the SMPM motor, due to the flux of the permanent magnet, the stator core around the q-axis winding is saturated. This makes the magnetic saliency in the motor. This magnetic saliency has the information about the rotor position. The high-frequency voltage signal is injected into the motor in order to detect the magnetic saliency and estimate the rotor position. In this paper, the relationship between the high-frequency voltages and high-frequency currents is developed using the voltage equations at the high frequency, and the high-frequency impedance characteristics are analyzed experimentally under various conditions. The proposed sensorless control scheme makes it possible to drive the SMPM motor in the low-speed region including zero speed, even under heavy load conditions. The experimental results verify the performance of the proposed sensorless algorithm.     

Analysis of permanent-magnet machine for sensorless control based on high-frequency signal injection

This paper presents the analysis of a surface-mounted permanent-magnet (SMPM) machine for the sensorless control scheme based on the high-frequency fluctuating voltage signal injection method. A simplified high-frequency model of an SMPM machine in the estimated rotor reference frame is developed and a sensorless rotor position and speed estimation algorithm is described. To support this, the high-frequency impedances of an SMPM machine are analyzed by finite-element analysis (FEA) and compared with measurement results using a pulsewidth-modulation (PWM) inverter system under various injection conditions. The results of the FEA and measurements are coincident with each other with some errors due to the nonlinear behavior of the PWM inverter and the SMPM machine. The analysis results give physical insights into selecting the injection conditions for sensorless operation of the SMPM machine even though adjustments considering nonlinear behaviors of PWM inverters are required in the actual operation for the desired performance. The experimental results of speed and position control using a commercial SMPM machine are presented based on the analysis of the SMPM machine for the sensorless control algorithm.