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。     

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.     

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.     

内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题,提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。基于凸极跟踪的原理,通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置,在此基础上,采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断,实现对估计转子位置的极性校正,并且补偿估计转子位置的偏移误差,从而得到转子初始位置。在实验平台上进行了实验验证,实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置,实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。     

一种新型的内置式永磁同步电机无位置传感器控制策略

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)在低速域运行时模型参考自适应观测器对电机参数变化敏感、位置检测精度低以及鲁棒性差等缺点,提出了通过利用电机本体的参考模型和相应可调模型的差值构造滑模面,取代了传统模型参考自适应观测器中采用PI调节器作为自适应机构的做法,并且采用模糊控制器自适应调整滑模增益以抑制滑模运动的抖振。在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型。仿真表明:在外部扰动以及电机参数变化时,估计转速和转子位置均能跟踪到实际的转速和转子位置。     

无传感器内置式永磁同步电机低速运行转子位置鲁棒观测器

低速运行控制是无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)控制系统的关键技术。为了改善无传感器IPMSM矢量控制系统的低速性能,研究了一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测器,以使位置观测环节具有较强的抗负载扰动能力。在分析扰动转矩可能导致观测器收敛到磁极相反位置问题基础上,针对扰动转矩特性对转子位置鲁棒观测器的结构进行设计。根据阶跃式和斜坡式扰动转矩特性及位置观测误差期望指标,采用极点配置的方法对观测器反馈增益矩阵参数设计进行分析。通过IPMSM无传感器矢量控制系统验证了该转子位置鲁棒观测器的有效性。     

基于改进Ortega观测器的内置式永磁同步电机无位置控制

基于等效磁链改进了Ortega观测器,并将其应用于内置式永磁同步电动机中.基于内置式永磁同步电机在a,3轴的电压磁链方程的等效磁链形式,引入Ortega观测器用以估计转子位置.该观测器保留了Ortega观测器鲁棒性强、易于调整的特点,该形式简单,计算方便.通过仿真和实验实现了基于改进观测器的无传感器控制算法.仿真和实验...     

永磁同步电机新型转子磁链滑模观测器

针对传统永磁同步电机反电势滑模观测器转子位置估计存在的信号抖振和相位滞后问题,提出一种以电机定子电流与转子磁链为状态变量的四阶新型转子磁链滑模观测器.首先,以电机定子电流与转子磁链为状态变量构建四阶状态方程,选取定子电流观测误差为滑模面构建转子磁链滑模观测器.其次,设计一种新型锁相环对转子位置和转速进行进一步估算,避免...     

内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对现有内置式永磁同步电机(IPMSM)转子初始位置估计方法设计复杂与计算量大的问题,提出了基于旋转高频信号注入和傅氏算法的改进方法。使用移相和傅氏算法从响应电流中提取转子位置初步估算值,利用磁路饱和特性获得转子磁极方向,综合其结果得到转子初始位置,并对死区效应等非线性因素对该方法的影响进行了分析。在此基础上提出使用移位代替移相滤波器(通过选择适当的PMW频率和注入信号频率)、平均滤波等方法改进算法实现。在实验平台上完成验证实验,实验结果表明本文提出的方法能够快速且准确地估算出IPMSM转子初始位置(误差小于6°电角度),并且该方法相比传统方法更容易实施、计算量更小,适合工程应用。     

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了准确估计永磁同步电机的转子位置与速度,提出一种二阶滑模观测器.该观测器在传统线性滑模面基础上引入了混合非奇异终端滑模面,避免了常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后问题,同时可以提高转子位置与速度的估算精度.为了保证观测器的稳定并抑制滑模固有的抖振现象,设计了滑模控制律.最后,采用具有锁相功能的转子位置与速度跟踪算法从观测的反电动势中解调出转子位置和速度信息.仿真和实验证明了所提观测器的正确性.     

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...     

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     

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牵引系统宽调速非线性控制器

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)牵引系统机械参数时变、恒转矩区需高转矩输出、恒功率区需宽调速问题,运用非线性自适应控制理论,设计了一种电流滞环控制非线性自适应反步控制器。该非线性控制器在恒转矩区采用最大转矩比电流控制,提高转矩输出能力;在恒功率区采用弱磁控制策略,扩大调速范围;同时对电机参数摄动有较强的抑制能力,表现出较好的鲁棒性。仿真结果证明了IPMSM牵引系统非线性控制器的正确性和有效性。     

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°.     

基于改进 SMO 的永磁同步电机全速段位置估算研究

为了改善传统滑模观测器(sliding mode observer, SMO)存在高频抖振、相位延迟、低速段失效等问题,提出一种改进SMO控制策略。该方法在低通滤波器之前引入一个放大因子,放大反电动势信号以便于提取估计;采用双曲正切函数替换符号函数,减少系统的高频抖振与信号干扰;采用自适应滤波器来提高检测精度,减小相位延迟。通过MATLAB/Simulink仿真分析比较了改进SMO和传统SMO两种策略,结果显示改进SMO相较于传统SMO相位延迟时间缩短了97.5%,并且能够显著减少抖振现象,精准估计20 r/min以下的电机转速,实现在全速段保持良好的估算性能,表明改进SMO策略具有更优的估算精度和适应性能。     

A totally enclosed traction motor using a permanent magnet synchronous motor

Ventilated‐type traction motors are widely used for railway vehicles. However, they require overhauls to clean inside them. In addition, they are a major noise source in railway vehicles. To solve these problems, we propose a totally enclosed‐type traction motor using a permanent magnet synchronous motor that has the same weight power ratio as that of a conventional ventilated‐type traction motor. In this paper, we report the test results of the proposed motor. The test results demonstrate that the temperature rise values are within its limit and the noise level is decreased by 10 dB compared to conventional motors. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(3): 71–80, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20079     

考虑铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量

提出一种计及铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量方法。基于实验室常用的永磁同步电机驱动控制平台,详细阐述永磁磁链、定子电阻、等效铁损电阻和d、q轴电感参数的测量原理及实现方法。所提方法具有理论概念清晰、实现简单、通用性强的特点。通过对内置式永磁同步电机进行实际测试,验证所提方法的有效性和可行性。     

永磁同步电机角度软锁相环估算方法研究

分析了永磁同步电机无传感器控制的研究现状,设计一种电机角度软锁相环估算方法。在两相静止坐标系下建立永磁同步电机数学模型,获得包含电机角度和转速信息。通过对反电动势信息的积分、高通滤波及归一化处理,获得仅包含电机角度正余弦信息。借角度观测器理论,设计了软锁相环并确定了其关键参数,最终获得永磁同步电机电角度及同步转速。仿真分析及试验结果表明,此永磁同步电机角度软锁相环能够准确获得电机角度和转速信息,基于此方法的矢量控制系统稳定且动态特性好。     

一种永磁同步电机新型高阶滑模观测器设计

为了提高无位置传感器控制的精度,增强控制系统的鲁棒性,减小不确定扰动的影响,提出了一种新型高阶滑模观测器。该设计使用改进的积分滑模定子电流观测器估算永磁同步电机的反电动势,从而分析得出转子位置和转速估算值。在指数趋近律的设计上,等速项用连续光滑的开关函数代替不连续的符号函数,指数项引入随系统的变化而调整的增益项。通过仿真实验,验证了该滑模观测器对改善转子位置和速度估算精度有明显的提升效果,增强了系统的鲁棒性,抑制了抖振现象。