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作者：张丽邓思思朱孝勇项子旋沈东全力 212013 江苏省镇江市京口区学府路301号

本发明公开了一种基于主动式无位置传感器策略的永磁容错轮毂电机及其驱动、设计方法。本发明在电机设计阶段，提前考虑无位置运行性能，提出一种基于主动式无位置传感器策略的永磁容错轮毂电机。通过采用分数槽集中绕组并巧妙的利用交... 详细信息

标准号: CN115395854A

本发明公开了一种基于主动式无位置传感器策略的永磁容错轮毂电机及其驱动、设计方法。本发明在电机设计阶段，提前考虑无位置运行性能，提出一种基于主动式无位置传感器策略的永磁容错轮毂电机。通过采用分数槽集中绕组并巧妙的利用交替极、多层磁障及辅助永磁体等方式，在保证电机容错能力的基础上提高电机的无位置运行精度。在控制层面提出基于频带自适应的次级谐波抑制策略，抑制次级凸极谐波对位置观测影响，同时提升系统的动态响应性能。本发明突破传统轮毂电机无位置传感器驱动系统的技术束缚，通过基于主动式无位置传感器策略的五相永磁容错轮毂电机设计并结合高精度无位置传感器控制算法，综合提高了电机驱动系统多工况下无位置传感器运行能力。

关键词：无位置传感器轮毂电机主动式永磁电机无位置传感器控制分数槽集中绕组电机驱动系统动态响应性能辅助永磁体传统轮毂次级凸极电机设计控制层面驱动系统容错能力提升系统位置观测谐波抑制运行能力运行性能多工况自适应磁障多层算法谐波驱动束缚保证

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永磁同步电机无位置传感器宽速域带速重投策略研究

永磁同步电机无位置传感器宽速域带速重投策略研究

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作者：周佳新湖南大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有功率密度高、转换效率高、体积小、响应速度快、转矩脉动小等优势,在工业各领域备受关注。PMSM无位置传感器控制技术可以省去机械式位置传感器,降低成本、提高可靠性,该技... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有功率密度高、转换效率高、体积小、响应速度快、转矩脉动小等优势,在工业各领域备受关注。PMSM无位置传感器控制技术可以省去机械式位置传感器,降低成本、提高可靠性,该技术在近几年发展迅速,已逐渐进入工业应用领域。然而无位置传感器控制技术也引进了新的问题——导致PMSM的带速重投难度加大。带速重投指的是在驱动器关闭输出且电机转子速度不为零的情况下起动电机。由于驱动器输出关闭,且电机定子绕组中存在与转子速度成正比的反电势,传统的无位置传感器控制方法在该工况下无法估测永磁同步电机的转子位置和速度,若直接将电机投入运行会产生较大冲击甚至导致起动失败。实现PMSM无位置传感器控制系统的带速重投,需要先通过一定方法或者手段来获取转子位置和速度。另一方面,弱磁控制技术可拓宽永磁同步电机的调速范围,被广泛应用于PMSM驱动控制中,但弱磁速度域的带速重投方法目前相关研究甚少,本文的研究重点是分析PMSM在弱磁速度域带速重投的关键问题,提出PMSM弱磁速度域的带速重投方法,并结合零电压矢量注入法实现PMSM无位置传感器控制系统的宽速域带速重投。本文首先介绍了PMSM的数学模型与矢量控制原理,在矢量控制的基础上实现了基于滑模观测器的无位置传感器控制和基于电压闭环反馈的弱磁控制,并在Matlab/Simulink平台进行了相关的仿真验证。接着论文分析了零电压矢量注入法带速重投控制原理,以两次零电压矢量注入法为例分析,并对零电压矢量注入法的误差进行了详细的分析,根据误差分析结果给出了零电压矢量宽度与间隔的选取方法,实现了基于零电压矢量注入法的PMSM恒转矩调速区的带速重投。之后论文分析了PMSM弱磁调速区带速重投的关键问题,提出一种改进主电路结构,以避免弱磁调速区PMSM高额反电势对驱动系统的损害。基于改进主电路结构与零电压矢量注入法原理,本文提出基于短路电流重构的改进零电压矢量注入法,实现了零电压矢量注入法在弱磁速度域的应用。同时,提出一种新型的电流特征提取法,通过识别不控整流状态下的电流特征来估算PMSM转子位置和速度,实现了PMSM弱磁调速区的带速重投。最后,综合上述方法,提出PMSM宽速域的带速重投方案,设计基于DSP28335处理器的实验平台,对上述内容进行实验验证。

关键词：永磁同步电机宽速域带速重投无位置传感器控制弱磁控制

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永磁同步电机模型预测转矩控制优化策略研究

永磁同步电机模型预测转矩控制优化策略研究

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作者：李健西安工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大和动态响应快等优点,广泛应用于航天航空、工业伺服驱动和电动汽车等交流传动领域。近年来,为了实现永磁同步电机高性能控制,采用模型预测转矩控制对永磁同步电机进行调速。但是,针对永磁同步... 详细信息

永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大和动态响应快等优点,广泛应用于航天航空、工业伺服驱动和电动汽车等交流传动领域。近年来,为了实现永磁同步电机高性能控制,采用模型预测转矩控制对永磁同步电机进行调速。但是,针对永磁同步电机无位置控制,目前模型预测转矩控制算法仍存在观测精度低、稳态性能不足、运算复杂度较高的问题。因此,本文对永磁同步电机的转速、磁链观测器及新型多电压矢量的模型预测转矩控制展开研究: 首先,介绍表贴式永磁同步电机的基本结构,建立三种坐标系下永磁同步电机的数学模型。其次,阐述经典的直接转矩控制和模型预测转矩控制原理。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上,搭建基于直接转矩控制和模型预测转矩控制的永磁同步电机控制系统,为后续的改进模型预测转矩控制方法奠定实验基础。针对经典的无位置永磁同步电机模型预测转矩控制策略中,存在转速观测精度不足和预测转矩脉动、预测磁链波动较大的问题,提出了基于双滑模观测器的永磁同步电机观测算法。首先,建立反电动势滑模观测器,并其与引入前馈环路的正交锁相环结合。其次,建立磁链滑模观测器和匹配的预测转矩磁链优化模块。最后,将两种滑模观测器组合而成双滑模观测器,用于无位置传感器的永磁同步电机模型预测转矩控制系统。在仿真平台仿真验证所提双滑模观测器算法,实验结果表明,该算法可以有效降低预测转矩脉动和预测磁链波动,并实现无位置永磁同步电机模型预测转矩控制的转子位置信息精确观测。针对经典的永磁同步电机模型预测转矩控制策略中,存在电压预测值计算量大、开关频率不稳定的问题,提出了基于新型多电压矢量切换表的永磁同步电机控制算法。首先,通过将基本电压矢量合成计算构建多个扩展电压,并将其按照对转矩效果的不同分组构成多电压矢量切换表。其次,构建与多电压矢量切换表相配套的新型占空比和开关序列组合,优化控制周期内电压矢量组合的切换顺序和作用时间。最后,在仿真平台上建立基于双滑模观测器和新型多电压矢量切换表的永磁同步电机模型预测转矩控制算法,实验结果表明,所提算法可以有效降低电压预测值计算量的同时,稳定并降低逆变器开关频率。最后,在半实物实验平台cSPACE上搭建了永磁同步电机调速系统,验证永磁同步电机直接转矩控制、模型预测转矩控制和本文所提策略,实验结果说明了本文所提算法的有效性、可行性和优越性。

关键词：永磁同步电机模型预测转矩控制无位置传感器控制双滑模观测器新型多电压矢量切换表

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基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机调速控制

基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机调速控制

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作者：李明江西理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其结构简单、功率密度大、可靠性高等优点,在航天、交通和高精度数控机床等诸多领域得到广泛应用,由于控制方法直接决定着电机运行的性能和应用的范围,因此需要对控制方法进行... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其结构简单、功率密度大、可靠性高等优点,在航天、交通和高精度数控机床等诸多领域得到广泛应用,由于控制方法直接决定着电机运行的性能和应用的范围,因此需要对控制方法进行优化和提升。传统的比例积分(Proportional Integral,PI)控制容易使PMSM受到外部环境的干扰,严重影响控制精度,并且为获取转子位置与速度需要机械式传感器,增加了系统的成本与体积。传统滑模观测器作为一种无传感器技术,虽然适用于PMSM控制,但存在高频抖振和转子位置滞后问题。为此,本文基于滑模控制理论对控制器与传统滑模观测器进行改进,设计了扰动观测器、扩展反电动势观测器与锁相环,并提出了一种超螺旋滑模观测器的调速控制策略,以改善电机控制性能。以下为具体的研究内容: 首先,推导了PMSM在各个坐标系下的数学模型,介绍了滑模变结构控制理论的基本原理与控制策略,为了提高PMSM的动态响应速度与鲁棒性能,使其能够快速跟踪期望转速,提出了一种新型积分滑模控制,采用改进指数趋近律和准滑动模态相结合的方法削弱系统存在的抖振现象,使系统能够以较快的速度平稳趋近滑模面,并采用经典控制系统对传统、改进指数趋近律进行仿真分析,验证改进指数趋近律的优越性能。设计了扰动观测器对负载扰动进行观测,将扰动观测值反馈至转速环,以减小扰动误差对系统造成的影响,进一步抑制抖振并提升系统的鲁棒性。其次,结合数学模型推导了传统滑模观测器,并分析系统产生抖振的原因与影响,并对削弱抖振的方法进行了介绍。针对传统滑模观测器中的抖振与相位延迟等问题,使用光滑连续的sigmoid(s)函数代替符号函数以抑制抖振,设计反电动势自适应观测器以提高估计精度,并使用锁相环代替反正切函数对转子位置与转速进行估计。为了获得更为精确的转子位置,减小转速误差,设计了超螺旋滑模观测器,进一步提升转子位置角度观测精度。最后,在MATLAB/Simulink平台建立PMSM控制系统的仿真模型,对比实验结果表明:改进趋近律和扰动观测器控制方案可以提高系统的动态响应速度,削弱了抖振,提高系统的鲁棒性能;基于sigmoid函数和反电动势自适应观测器的超螺旋滑模观测器设计不仅减小了相位延迟,同时很好地抑制了抖振,提高了转速的观测精度。仿真结果表明本文方法具有更好的控制效果。

关键词：永磁同步电机滑模变结构控制无位置传感器控制改进指数趋近律超螺旋滑模观测器

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三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制高频信号注入法的对比

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电工技术学报 2018年第12期33卷 2703-2712页

作者：薛哗魏佳丹周波南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211106

针对航空三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接注入高频信号引入的起动转矩波动、响应信息提取困难、易受扰动等问题,提出一种通过三级式同步电机的主励磁机间接注入高频信号的方法。从注入高频信号的频率特性、转子... 详细信息

针对航空三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接注入高频信号引入的起动转矩波动、响应信息提取困难、易受扰动等问题,提出一种通过三级式同步电机的主励磁机间接注入高频信号的方法。从注入高频信号的频率特性、转子位置估计精度等方面,对比分析主励磁机定子侧注入高频信号和利用主励磁机三相交流励磁控制产生的6次谐波作为主发电机转子励磁绕组间接高频注入信号的方法,并给出利用三级式同步电机励磁电流建立过程估计转子初始位置的方法。实验结果表明,两种高频信号注入法在低速起动阶段皆具备良好的位置跟踪精度,采用主励磁机三相交流励磁产生6次谐波作为间接高频信号注入的方法更易实现,且具有更好的平均精度。

关键词：三级式同步电机无位置传感器控制低速运行间接高频注入法

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IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略

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电工技术学报 2018年第4期33卷 919-929页

作者：刘计龙肖飞麦志勤高山余锡文海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

用于永磁同步电机低速区的高频信号注入无位置传感器控制算法会产生额外的损耗,而且算法数字运算量较大。针对这一问题,提出一种IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略。在电机低速区采用转速开环、电流闭环的IF... 详细信息

用于永磁同步电机低速区的高频信号注入无位置传感器控制算法会产生额外的损耗,而且算法数字运算量较大。针对这一问题,提出一种IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略。在电机低速区采用转速开环、电流闭环的IF控制策略,对IF控制使用的虚拟同步坐标系和转子同步坐标系相位关系进行分析。在电机中高速区采用基于滑模观测器的无位置传感器控制策略,在滑模观测器中采用正弦型切换函数,改善了滑模运动的抖振问题。通过合理设计过渡状态,实现了两种控制策略的平滑切换。在一台三相永磁同步电机上对所提复合控制策略进行了实验验证。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制 IF控制策略滑模观测器复合控制策略

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高频信号注入的PMSM无传感器低速运行优化控制

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兰州理工大学学报 2022年第5期48卷 85-91页

作者：谢平包广清祁武刚杜赫轩兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050

在无位置传感器永磁同步电机(PMSM)的零低速运行控制中,多采用高频信号注入法跟踪位置信息,这将造成转矩波动和时滞问题.结合滑模速度控制和高频方波信号注入,提出一种无滤波器的转子位置辨识方法.通过将方波信号频率提升至逆变器开关频... 详细信息

在无位置传感器永磁同步电机(PMSM)的零低速运行控制中,多采用高频信号注入法跟踪位置信息,这将造成转矩波动和时滞问题.结合滑模速度控制和高频方波信号注入,提出一种无滤波器的转子位置辨识方法.通过将方波信号频率提升至逆变器开关频率,利用基波信号周期远小于高频注入信号周期的特点,在单次高频信号注入周期内,通过两次电流采样,避免了使用传统高频信号注入中的信号分离,同时去掉滤波器,有效提高系统收敛速度.仿真结果表明,与传统的高频信号注入法相比,该方法能实现PMSM无位置传感器控制下高精度的低速运行,且具有良好的稳态特性和动态性能.

关键词：永磁同步电机高频方波信号注入滑模速度控制器无位置传感器控制

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两级滤波滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

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电机与控制学报 2012年第11期16卷 1-10页

作者：丁文梁得亮罗战强西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

实现永磁同步电机矢量控制的前提在于电机转速与转子位置信息的准确获取,为此设计了一款基于两级滤波的滑模观测器用来对电机的转子位置和速度进行估算。第一级滤波的输出反馈给电流观测器,第二级滤波的输出用来计算转子的位置,并采用... 详细信息

实现永磁同步电机矢量控制的前提在于电机转速与转子位置信息的准确获取,为此设计了一款基于两级滤波的滑模观测器用来对电机的转子位置和速度进行估算。第一级滤波的输出反馈给电流观测器,第二级滤波的输出用来计算转子的位置,并采用分段线性补偿对位置估算误差进行补偿。给出了永磁同步电机无位置传感器控制系统方案,分别对滑模观测器的电流观测、反电势观测、位置和速度估算、负载扰动和动态过程进行了仿真分析,验证了该滑模观测器算法的可行性。搭建了控制系统实验平台,分别对启动过程、反电势观测、位置和速度估算以及变参数控制进行了实验研究,验证了该滑模观测器算法的正确性。仿真和实验结果表明:该滑模观测器能够快速和准确的跟踪电机转子的位置和速度,系统具有响应快、鲁棒性强的特点。

关键词：滑模观测器两级滤波误差补偿无位置传感器控制永磁同步电机

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永磁同步电机改进型超螺旋滑模观测器的控制研究

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电工电气 2024年第8期 15-20,25页

作者：王雷王育安吴建昆高亨河北科技大学电气工程学院河北石家庄050018

传统滑模观测器由于自身系统结构的开关特性,在电机控制中会引起大量的高频抖振。提出了一种基于模糊控制的超螺旋滑模观测器,考虑到永磁同步电机非线性耦合及复杂的数学模型,对超螺旋滑模观测器进行设计改进,来提升系统的收敛速度和抗... 详细信息

传统滑模观测器由于自身系统结构的开关特性,在电机控制中会引起大量的高频抖振。提出了一种基于模糊控制的超螺旋滑模观测器,考虑到永磁同步电机非线性耦合及复杂的数学模型,对超螺旋滑模观测器进行设计改进,来提升系统的收敛速度和抗干扰能力。针对超螺旋滑模算法的上层边界函数未知的情况,引入模糊控制来调整滑模增益,减少了系统的动态响应时间和观测误差。与传统超螺旋滑模观测器相比,仿真结果显示提出的改进超螺旋滑模观测器显著降低了系统抖动,提高了观测系统的稳定性和精准度。

关键词：永磁同步电机高频抖振模糊控制超螺旋滑模观测器无位置传感器控制

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低开关频率下非理想因素对PMSM PSVI控制效果的影响分析

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电气传动 2024年第11期54卷 26-33页

作者：殷振环中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094

高频脉振电压注入(PSVI)法由于动态性能更快、转矩脉动更小等优势,被广泛应用于永磁同步电机(PMSM)低速范围的无位置传感器控制中。低开关频率下,由于系统延时更大,特殊的控制架构造成的高频相位更新滞后以及滤波器截止频率较低带来的... 详细信息

高频脉振电压注入(PSVI)法由于动态性能更快、转矩脉动更小等优势,被广泛应用于永磁同步电机(PMSM)低速范围的无位置传感器控制中。低开关频率下,由于系统延时更大,特殊的控制架构造成的高频相位更新滞后以及滤波器截止频率较低带来的相位延时增大等,传统高频脉振电压注入法的动稳态性能受到严重影响。针对上述问题,在详细分析滤波器相位延迟和低开关频率下高频脉振电压相位更新不及时对转子位置估算的影响的基础上,分别提出了对不同非理想因素的补偿方案。最后对上述非理想因素的影响及补偿方案进行了仿真验证,仿真结果表明,所提解决方案能有效减小转子位置估算误差。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制高频脉振电压注入法转子位置估算非理想因素

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