基于双锁相环的永磁同步电机转子初始位置估算方法

针对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor, PMSM)无位置传感器控制中转子初始位置难以精确估算的问题,提出了一种基于注入变频方波电压的双锁相环结构转子位置估算的方案。首先对电机施加振幅相同方向相反的低频方波电压判别转子极性。然后提高方波电压频率至3 kHz,使用一种新型的双锁相环结构对转子位置估算值进行适应性误差补偿,以提高估算精度。最后保持高频信号注入进行电机空载、负载启动,全程无需中断和改变注入信号。实验表明,该方法对转子初始位置估算误差最大不超过3.73°,平均估算时间为0.18 s,估算过程中电机保持静止。当电机启动时,双锁相环结构比传统锁相环结构估算时间缩短18 ms,最大补偿角度为38.39°。估算过程未引入电机敏感参数,系统具有良好的稳定性和快速性。     

基于锁相环的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制系统中由于滑模自身机制带来的高频抖动,会使电机转子位置以及速度估计时存在很大的误差.为了解决这一问题,将滑模观测器与锁相环技术结合起来,先通过滑模观测器估计电机反电动势,然后再构造基于锁相环结构的转子位置检测单元,从估计的反电动势中提取电机转子位置和速度信号.这种方法能够避免滑模观测器直接通过数值关系运算得到转子位置和速度存在的抖动现象,从而一定程度上削弱估计反电动势中的高频抖动分量对系统被估量的影响,提高了估计精度,仿真分析和实验结果均表明该方法的正确性和可行性.     

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环（QPLL）应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环（IQPLL）。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。     

基于滑模观测器的无传感器永磁同步电机矢量控制系统

针对永磁同步电机(PMSM)反电势滑模观测器低速观测受限和系统抖振问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)来预估转子位置和速度的新方法。通过在传统滑模观测器中引入等效控制反馈,并对静止坐标系下反电势(EMF)分量进行估算,利用锁相环(PLL)方法提取了转子位置和速度信息。建立了PMSM全数字无位置传感器的矢量控制系统平台,对该方法做了详细验证。实验结果表明:该方法拓宽了滑模观测器低速观测范围,降低了系统的抖振,提高了系统的实时性。     

考虑逆变器非线性的内置式永磁同步电机转子位置锁相环观测器

为了提高内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制性能,研究一种基于反电动势模型的正交锁相环转子位置观测器。在建立扩展反电动势模型滑模观测器基础上,采用对反电动势归一化的正交锁相环来获得转子位置信息,以降低噪声影响,并降低参数设计复杂性,通过分析观测器动态响应及抗负载扰动能力,采用极点配置方式设计观测器参数。在分析定子电流畸变对位置观测器负面影响基础上,采用一种饱和函数方式对死区效应进行补偿,以减小位置观测误差。对IPMSM无位置传感器矢量控制系统进行了实验,结果验证了该控制策略的有效性。     

基于改进型滑模控制永磁同步电机转子位置观测器优化设计

本文提出一种改进型永磁同步电机滑模观测器,适用于全转速范围内无位置传感器转子位置估算。与传统滑模观测器相比,采用高斯误差函数代替传统的符号函数,有效的减少系统抖振。同时在滑模观测器中引入放大变量,使反电动势得到扩展,提高了低速时转子位置的估算精度。最后通过对传统锁相环的改进设计进一步提高系统估计精度,同时消除高频噪声的影响。对比传统滑模控制与改进滑模控制在全速域时转子估算结果,改进型滑模观测器能有效抑制反电动势抖振并减小转速估计误差。通过永磁同步电机驱动控制实验平台,对所提出改进型滑模观测器的正确性及有效性进行了验证。     

永磁同步电机转子位置与速度预估

针对永磁同步电机(PMSM)无位置估算算法复杂,易受干扰的问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)来预估转子位置和速度的新方法.通过对静止坐标系下反电势(EMF)分量的估算,提取了转子位置信息,采用锁相环(PLL)的方法得到转子位置和速度,补偿了角度预估中产生的相位滞后,构建了Lyapunov函数证明滑模观测器的收敛性,解决了无位置预估算法中鲁棒性差、算法复杂的问题.通过建立PMSM全数字无位置传感的矢量控制系统平台,对该方法做了详细验证.实验结果表明:该方法解决了系统在暂态下估算转子位置不准确且容易受到干扰的问题,具有很好的鲁棒性,预估转子位置准确且易于工程实现.     

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大、动态响应速度快的优点,在大功率交流传动领域具有明显的优势。对永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,然而通常使用的光电编码器和旋转变压器等机械式位置传感器成本高、体积大、抗干扰能力差,限制了永磁同步电机的推广应用,无位置传感器控制技术是解决这一问题的重要途径。本文对永磁同步电机的无位置传感器控制技术进行了综述,从转子初始位置检测、低速与零速运行控制、中高速运行控制和全转速范围运行控制四个方面对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行了深入阐述和对比分析。最后,对永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展趋势进行了展望。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器的控制

本文提出了一种基于滑模变结构控制的无位置传感器控制方法。通过分析永磁同步电机的模型,应用滑模变结构控制原理提出了一种针对永磁同步电机的无位置传感器控制策略。它利用电机中容易测得的定子电流、直流母线电压,通过滑模变结构控制原理来估算转子位置。利用Matlab/Simulink对系统进行了仿真,仿真结果表明转子位置估算结果基本与实际位置保持一致。     

内置式永磁同步电机无位置传感器控制

基于滑模变结构理论和包含扩展反电势的永磁同步电机(PMSM)数学模型,构造了估算转子位置角度的滑模观测器,并在此基础上提出了一种内置式永磁同步电机(IPMSM)矢最控制系统的无位置传感器控制方法.引入随转速变化的幅频增益km,以增大滑模观测器无位置传感器控制系统的调速范围;采用以估算转子位置角正弦矢量为状态矢量的模型参考自适应观测器估算转子角速度,避免因角度微分而引起的噪声误差,实现对转子角速度的快速精确估算.仿真分析和试验结果验证了该方法的有效性和可行性,具有实用价值.     

基于载波频率成分的永磁同步电机转子定位研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制中转子定位可能反相、低速时转子位置精度差等问题,研究一种基于载波频率成分法的转子定位方法。在分析载波频率成分法原理的基础上,利用逆变器固有的含载波频率成分的电流信号,通过建立新的坐标系,将电流信号经带通滤波处理得到载波频率成分电流,用滤波后的峰值电流估算出转子位置。分别在Matlab/Simulink和基于DSP的硬件平台中对该方法进行仿真和实验验证。实验数据表明,载波频率成分法转子计算误差在合理范围内,在电机启动和低速阶段也能很好地估算出转子位置,该方法能准确估算出转子位置。     

永磁直线同步电机驱动系统速度和位置无传感器检测新方法

为了实现永磁直线同步电机(PMLSM)无传感器伺服控制,必须估计出电机的速度和磁极位置.本文提出了一种通过电机电流和电压信号估计PMLSM速度和位置的简单方法.在建立PMLSM三相电压模型的基础上,通过park变换,得到基于估计位置的dq轴模型,从而求出由轴电流微分.另外通过实际电流信号计算出电流微分.通过两个电流微分...     

城轨牵引内置式永磁同步电机转速及转子位置检测

针对城轨牵引无传感器内置式永磁同步电机的运行要求,设计了一种基于新型滑模观测器的内置式永磁同步电机转速及转子位置观测器,通过电机电流的滑模观测模块对扩展反电动势进行观测,使用S型函数取代传统的离散控制律,以削弱系统“抖振”;采用转速参数辨识和转子位置角度的锁相环将转速与位置分开观测,以提高转速和转子位置的观测精度;采用变参数PI控制器替代传统的内置式永磁同步电机速度控制环中恒参数PI控制器,以改善系统动态性能.证明了该新型滑模观测器的控制系统的稳定性,开发了基于STM32F103嵌入式微控制器的滑模观测矢量控制系统,实验结果验证了该控制策略的有效性与可行性.     

永磁同步电机初始磁极位置检测方法

根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位法。该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位。最后通过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置。所提方法能够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机。实验证明:该控制方法结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性。     

一种新颖的永磁同步电动机无位置传感器技术

无位置传感器技术是永磁同步电动机调速系统的一个发展方向.本文剖析了已有的两种典型直接估算方法,提出了一种新颖的无位置传感器技术.通过分别计算出定子磁链矢量角位移与转矩角,将后者从前者中减去得到转子磁链矢量的角位移进而得到转子速度信号,并采用改进积分器取代传统的积分器.该技术能有效地改善磁链原点漂移,提高直接转矩控制系统的磁链角位移与转速的求解准确度.仿真及实验研究结果表明,采用这种无位置传感器技术的永磁同步电动机调速系统,具有良好的调速控制性能.     

基于改进型ADRC的永磁同步电机转子位置角控制方法

为了实现永磁同步电机(PMSM)转子位置角的快速、精确控制,提出一种基于改进型自抗扰控制技术(ADRC)的新型位置角控制策略。首先设计一个原点周围平滑性和连续性更好的新型非线性函数。基于该非线性函数设计了转子位置角控制系统的改进型扩张状态观测器(ESO)和改进型非线性误差反馈控制律(NLSEF)。改进型ESO用来观测位置角控制系统的内部状态和扩张状态,扩张状态由非线性因素、内部模型不确定性和外部扰动组成。改进型NLSEF用来抑制残余误差,提供最优位置控制律。最后对基于改进型ADRC的PMSM位置角控制系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明在PMSM位置角控制中,改进型ADRC比传统控制策略具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。     

Initial rotor position estimation of interior permanent magnet synchronous motor using optimal voltage vector

The initial rotor position estimation is a serious problem affecting sensorless drives of permanent magnet synchronous motors. This paper presents an estimation method of initial rotor position for interior permanent magnet synchronous motors. The principle of the estimation is based on the nonlinear magnetization characteristics of the stator core caused by the magnet of the rotor. The estimation is performed using the variation of the current response caused by the magnetic saturation when the voltage vector is applied to the motor. This method can be performed without motor parameters and any additional hardware. Decision method of the optimal voltage vector applied to the motor is also proposed to accurately implement the estimation. Experimental results show that the initial rotor position can be estimated without rotating the rotor by using the optimal voltage vector. It is found that the average of the estimation error is ±1.34 electrical degrees, and the estimation is completed within 15.2 ms in the test motor. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 156(4): 69–76, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20062     

永磁感应子式无刷直流电动机的转矩特性研究

针对永磁感应子式无刷直流电动机的定转子齿结构和绕组的排列对转矩特性的影响,从特定电机结构的磁导计算出发,推导出永磁感应子式无刷直流电动机的参数表达式,分析了电机的参数特征对转矩工作特性的影响。实验及分析表明,采用等效磁路和实际测量相结合的方法．可以预测永磁感应子式无刷直流电动机的电磁转矩和齿槽定位力矩特性,为电机的转矩控制提供理论依据。     

Development trend of the permanent magnet synchronous motor for railway traction

Owing to the resent progress in power electronics and permanent magnet materials, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) that is lighter, smaller, and more efficient than the conventional induction motor has become realistic as a traction motor. We are making research and development effort on the introduction of the PMSM to rail vehicle traction. The recent development trend of the permanent magnet synchronous traction motor is reviewed. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题,提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法.采用注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置,设计一种通过PI跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案,当误差调节至零时将获得磁极位置初判值,降低了算法的复杂性.以磁极位置初判值为矢量角,往定子绕组注入2个方向相反的脉冲电压矢量,通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性,实现对位置初判值进行校正,从而获得转子初始位置估计值.应用所提出的估计方法对一台22kW内置式永磁同步电机进行实验,得到转子位置电角度平均估计误差为4.6°.