《电机数字控制系统集成设计》系列讲座(四) 第3章 电机数字控制系统中位置与速度传感器

3.1引言在永磁交流伺服无刷电动机构成中磁极位置传感是不可缺少的重要环节。除了无独立位置传感器运行电机外,都采用位置传感器来实现位置传感。位置传感器的精度和分辨率对电动机的性能有很大的影响。在方波原理无刷永磁电动机电压驱动中,要求传感器提供对准磁极的方波(开关)信号。在正弦波原理无刷永磁电动机电压驱动中,要求传感器提供与磁极同步的正弦波位置信号。从原理上看,凡是能提供方波和正弦波位置信号的     

永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析

根据内嵌式调速永磁同步电动机的弱磁控制特点,以弱磁扩速倍数为优化目标,利用有限元仿真软件,分析了内嵌式调速永磁同步电动机矩形和V形永磁体尺寸和位置对电机参数和调速范围的影响,通过优化永磁体的位置和尺寸扩大了电机弱磁调速范围。计算了优化后电机的参数,对比了优化前后电机调速的范围。为内嵌式调速永磁同步电动机的优化和参数计算提供一定的参考。     

永磁同步电动机起动问题的分析与解决

永磁同步电动机的矢量控制要求控制器在电机开始运行之前能获知转子的大概位置以便电机正常起动。在研究基于DSP的永磁同步电动机调速系统过程中,针对上述问题进行了理论与仿真分析,并对永磁同步电动机起动时定子绕组通直流电的方法进行了实验验证,该方法解决了永磁同步电动机转子位置初始化及起动的问题并实现了最大转矩起动。     

单相永磁同步电动机的变频调速研究

在分析电容分相单相永磁同步电动机的基础上，讨论了单相永磁同步是动机变频调速是产生圆形旋转磁场的条件，介绍了一种利用三相逆变器实现单相永磁同步电动机变频调速的控制方法，仿真实验表明了该方法能在比较宽的频率范围内使电机获得良好的运行和调速性能。     

霍尔位置检测的电动汽车永磁电机矢量控制

针对轻型电动汽车用永磁同步电动机位置传感器成本过高的问题,提出基于霍尔传感器的位置估算算法得到连续位置信号,在获得连续转子位置的基础上实现正弦波电流驱动的矢量控制。研究了电机起动过程中方波和正弦波电流切换方式,采用基于电压外环的弱磁控制策略以实现高速运行。搭建以STM32F103为核心的实验平台进行电机性能测试,实验结果表明,该控制方法能实现电机过载起动和高速运行要求。     

高性能永磁同步电动机的低成本简易正弦波控制

针对无刷直流电机存在转矩脉动大、噪声大等缺点,采用带低成本霍尔位置传感器的永磁同步电动机,提出一种高效的永磁同步电动机简易正弦波控制方法,并对电机的起动和制动过程进行了分析。利用霍尔位置传感器得到转子位置以及转速信息进行闭环控制,在角度计算中补偿合理的超前角,同时在系统中加入反电动势前馈控制。以TMS320F28027为主控芯片搭建平台进行实验,经实验证明,所提出的简易正弦波控制算法运行可靠、起动平滑,能有效减小电机转矩脉动,降低噪声,提高电机运行效率,制动快速。     

基于绕组变匝数的永磁同步电机拓宽调速范围理论研究

为拓宽永磁同步电动机的调速范围,将绕组变匝数理论用到永磁同步电动机上。采用绕组切换技术控制电机绕组匝数,进而扩大电机调速范围。搭建仿真模型验证理论的正确性,并用实验平台验证。实验结果表明:绕组切换技术对于永磁同步电机在整个控制系统和方法变化不大的前提下可以有效提升电机转速范围,具有较高的实用价值。     

损耗极小的内置式永磁同步电动机直接转矩控制

为解决永磁同步电动机驱动系统在轻载运行时效率偏低的问题,给出了一种损耗极小的永磁同步电动机直接转矩控制方案。该策略通过分析电动机损耗与转速、转矩和定子磁链的关系,建立了考虑铁心损耗的永磁同步电动机模型,根据该模型推导出了使电机电气损耗极小的最优定子磁链表达式,将最优定子磁链计算模块嵌入直接转矩控制系统,从而实现了永磁同步电动机直接转矩控制调速系统的损耗极小。实验结果表明该控制方法不仅保持了传统直接转矩控制动态响应快的特点,而且能够提高电机在轻载运行时的效率。     

一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法

针对永磁同步电动机的宽调速范围应用和弱磁难问题,提出了一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法,该方法基于矢量控制原理,基速以下采用id=0控制,基速以上采用弱磁控制,利用电压外环调节器产生直轴电流参考值id*,不依赖于电机参数,易于数字化实现。提出电流反馈解耦控制方法,实现了d、q轴电流的完全解耦,提高了永磁同步电动机的控制性能。在5.5kW的内置式永磁同步电动机上进行了仿真,扩速倍数可达3倍,转速、转矩控制性能良好,验证了控制方法的有效性,对永磁同步电动机的宽调速范围应用具有实际意义。     

电动车用内嵌式永磁同步电动机弱磁调速研究

电动车用内嵌式永磁同步电动机驱动系统在车载电源电压限制下,需要采用弱磁调速控制策略提高电机的转速范围满足电动汽车的行驶要求。通过对指令信号与反馈信号的误差值进行计算,获得电压参考值,并与车载直流电压比较得到变调率,建立电压转速模型,联合变调率判断电动车的运行状态,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术产生开关控制信号,进行永磁同步电动机的弱磁调速,实验分析验证了该方法弱磁扩速的可靠性。