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微电机 2024年第2期57卷 18-24,40页

作者：熊凯章玮浙江大学电气工程学院杭州310007

针对游标电机的无位置控制,本文通过对磁场进行分析,指出游标电机经过调制作用产生多个工作次谐波,需根据合成反电势,采用矢量控制。同时,由于游标电机转子为多极对数的结构,使其在运行时,对于位置信号的准确性要求更为严苛,较小的位置... 详细信息

针对游标电机的无位置控制,本文通过对磁场进行分析,指出游标电机经过调制作用产生多个工作次谐波,需根据合成反电势,采用矢量控制。同时,由于游标电机转子为多极对数的结构,使其在运行时,对于位置信号的准确性要求更为严苛,较小的位置信号误差便会引起较大的控制角度的差距,如何保证游标电机在无位置传感器控制时的观测精度,对其运行性能起着至关重要的作用。本文以一台外转子分裂齿游标电机为对象,分析其运行原理,建立基于合成反电势的数学模型,并采用基于改进超螺旋滑模观测器的无位置控制策略,保证了游标电机无传感器控制的稳态及动态性能。

关键词：永磁游标电机合成反电势无位置传感器控制改进超螺旋滑模观测器

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考虑死区的永磁同步轮毂电机无位置传感器模型预测控制研究

考虑死区的永磁同步轮毂电机无位置传感器模型预测控制研究

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作者：陶冶吉林大学

学位级别：硕士

随着汽车保有量的不断增加,石油等不可再生能源正在飞速消耗,汽车的排放造成严重的环境污染。因此,电动汽车已经成为未来汽车发展的新方向之一。永磁同步电机具有体积小,重量轻,噪音低,功率密度高等优势,其作为电动汽车的轮毂电机受到... 详细信息

随着汽车保有量的不断增加,石油等不可再生能源正在飞速消耗,汽车的排放造成严重的环境污染。因此,电动汽车已经成为未来汽车发展的新方向之一。永磁同步电机具有体积小,重量轻,噪音低,功率密度高等优势,其作为电动汽车的轮毂电机受到了广泛的关注。轮毂电机作为车辆的底层执行单元,需要通过接收整车控制器的指令,为车辆提供能够满足频繁加减速的电机转矩。所以,永磁同步轮毂电机控制系统的目标是在保证经济性的同时快速准确的跟踪所需的期望转矩。矢量控制利用坐标变换实现电流的解耦控制,技术较为成熟,但也存在动态响应慢、转矩脉动和开关损耗等问题。而且传统的控制方法往往仅关注于电机,忽略了对逆变器的控制,实际逆变器中存在着死区效应,这是造成转矩脉动的重要因素之一。此外,由于矢量控制中必须使用电机的位置信息,传统方案需要采用位置传感器进行获取,而位置传感器会增加电机的体积、重量和成本。本文针对这些问题设计了一种考虑死区效应的永磁同步电机无位置传感器模型预测控制方案。本文对永磁同步电机和带有死区时间的逆变器重新建立了一体化数学模型,模型预测控制器通过直接计算出PWM波对逆变器开关组合进行优化控制,可以消除死区时间带来的误差。该方法省去了传统的调制模块,并且可以根据系统情况进行实时变频。模型预测控制可以综合考虑多目标进行优化,通过设计一个目标函数在满足实际系统约束前提下对电机的转矩进行跟踪控制并减小电机及逆变器的能耗。同时,对于该优化求解问题,使用剪枝算法减小计算量,提高求解速度。此外,通过设计观测器对电机转角进行估计,能够代替传感器实现无位置传感器控制。最后,基于Matlab/Simulink中搭建的永磁同步电机控制系统仿真模型,通过在不同工况下的离线仿真对比实验,验证所设计的模型预测控制算法的有效性。主要内容和创新点:1.针对三相逆变器的死区效应,建立了永磁同步电机和逆变器一体化数学模型,可以令预测模型更加完整,获得更好的控制效果,消除死区效应带来的误差。2.针对位置传感器的一些局限,设计了电机转角观测器,实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。3.结合矢量控制的原理,建立模型预测控制算法,能够针对多目标进行优化。模型预测控制算法对三相逆变器的开关进行直接优化,无需传统SVPWM调制,控制结构更加简单,能够减小转矩脉动和能耗,由于建立了考虑死区的预测模型,模型预测控制器可以消除死区时间带来的影响。

关键词：永磁同步电机三相逆变器死区效应模型预测控制无位置传感器控制

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电动汽车空调IPMSM无位置传感器自抗扰控制技术应用研究

电动汽车空调IPMSM无位置传感器自抗扰控制技术应用研究

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作者：刘维维合肥工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、运行效率高、功率密度大等突出特点,而其位置传感器故障被认为是影响系统可靠性的重要因素之一。因此,为解决该问题,PMSM无位置传感器控制具有重要的研究意义。本文针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、运行效率高、功率密度大等突出特点,而其位置传感器故障被认为是影响系统可靠性的重要因素之一。因此,为解决该问题,PMSM无位置传感器控制具有重要的研究意义。本文针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制下启动困难的问题,研究了基于I/F流频比控制策略:包括IPMSM的转子定位、I/F开环加速以及转速开环、电流闭环向双闭环运行的状态切换过程。在电机在中高速运行时,为实现IPMSM无位置传感器控制并且针对传统IPMSM无位置传感器调速控制方法带来的超调、抗干扰能力弱、过渡依赖电机参数模型以及基于传统ADRC无位置控制策略带来的误差累积等问题,本文提出了以两相静止坐标系下电流为主体变量构建扩张状态观测器进而搭建电流ADRC。并且构建了基于一个转速ADRC和两个电流ADRC的IPMSM无位置传感器矢量控制系统。在电流ADRC中,将转速、磁链以及转子位置角的耦合项作为未知扰动进行观测和补偿,通过锁相环直接得到转子位置角的转速,减少了积分带来的累积误差,并且由于该策略只需要在两相静止坐标系下进行,也避免了坐标变换带来的误差传递问题。将I/F流频比和ADRC控制策略结合,实现了IPMSM无位置传感器全速域控制。最后基于电动汽车空调压缩机项目,设计了内置式永磁同步电机无位置传感器控制器,通过Matlab/Simulink搭建了IPMSM无位置传感器控制系统的仿真模型,验证了本文提出的内置式永磁同步电机无位置传感器控制策略的可行性。

关键词：内置式永磁同步电机矢量控制无位置传感器控制自抗扰控制器 I/F流频比控制

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永磁同步电动机控制技术研究

永磁同步电动机控制技术研究

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作者：李国庆哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着稀土中永磁材料提取技术的不断进步,在伺服转台领域,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其高转矩密度和高效率等优点而得到了广泛的应用。传统有位置传感器永磁同步电机控制系统中,传感器存在成本高、对工... 详细信息

随着稀土中永磁材料提取技术的不断进步,在伺服转台领域,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其高转矩密度和高效率等优点而得到了广泛的应用。传统有位置传感器永磁同步电机控制系统中,传感器存在成本高、对工作环境要求高和体积大等问题,因此,无位置传感器控制成为了永磁同步电机控制领域的研究热点。为了提高永磁同步电机无位置传感器的控制精度,本文以表贴式永磁同步电机为控制对象,进行了流频比(I/F)控制转滑模观测器控制的研究,研究内容如下:首先,对永磁同步电机无传感器控制方法进行了总结与对比,并分析了不同方法的特征与适用性。在此基础上,为解决电机在零速和低速状态下无感启动难的问题,采用I/F法启动,在中高速段由I/F切换至滑模观测器控制。在I/F控制转滑模观测器控制时,两种算法对转子位置及定子电流的处理将出现差异,直接切换将导致电机转速不稳定,因此文中使用了平滑插值的过渡策略,有效提升电机的控制性能。其次,对传统滑模观测器控制的固有抖振问题进行了深入分析,并通过在改进的控制算法中引入可调节的准滑动模态函数来削弱抖振现象。此外,传统滑模观测器算法采用的是固定增益,无法适应不同转速下的需求,因此文中以误差电流为输入变量设计了改进超螺旋滑模观测器,进一步减小系统的跟踪误差,提高系统的动态性能和稳定性。依据理论分析、建模仿真,相较于传统滑模观测器的控制系统,本文改进后的方法可以有效地提升系统动态性能。最后,搭建实验平台并对传统滑模观测器控制、基于锁相环(Phase Locked Loop,PLL)的滑模观测器控制以及改进超螺旋滑模观测器控制进行了实验验证和结果对比分析,结果表明本文所提出的方法能够更好的估算转速和跟踪电机的位置信息,体现出该算法的有效性。

关键词：伺服转台永磁同步电动机滑模观测器 I/F法启动无位置传感器控制

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宽转速永磁同步发电机整流系统无位置控制策略研究

宽转速永磁同步发电机整流系统无位置控制策略研究

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作者：高瑜将哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)和脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)整流器构成的PMSG-PWM整流系统由于效率高、输出电能稳定,目前已在新能源发电、航空航天领域得到广泛应用,但由于位置传感器... 详细信息

永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)和脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)整流器构成的PMSG-PWM整流系统由于效率高、输出电能稳定,目前已在新能源发电、航空航天领域得到广泛应用,但由于位置传感器精度和寿命易受环境影响,限制整流系统的可靠性。因此本文针对整流系统的无位置控制策略开展研究,并通过弱磁控制拓宽整流系统转速范围。本文从整流系统整体建模角度出发,构建永磁同步发电机和PWM整流器数学模型,以PMSG-PWM整流系统数学模型为基础,搭建基于前馈解耦的电压-电流双闭环矢量控制系统,以确保整流系统具有良好的动态性能。针对整流系统无位置控制策略研究,首先,详细分析了滑模观测器法和定子磁链观测器法的基本原理;其次,在滑模观测器法中,根据稳定性理论确定滑模增益系数的取值范围,采用归一化锁相环技术进行转子位置提取。此外,在使用定子磁链观测法时,针对直接积分法存在的初始值误差和直流偏置问题,构建一阶惯性滤波器进行优化,并进一步提出饱和反馈磁链观测器法,通过限幅调节来解决滤波器所导致的幅值衰减与相位偏移问题,最后通过仿真验证所提出的两种高精度位置观测方法的有效性。为使整流系统在无位置控制的基础上,实现宽转速运行,首先,对永磁同步发电机的弱磁控制展开研究,揭示其弱磁极限条件。其次,提出基于电压反馈的电流超前角控制方法,实现对弱磁电流的快速调节,并通过仿真验证,所提控制方法能够有效地拓宽发电机的转速范围。此外,本文将弱磁控制与无位置算法相融合,提出整流系统的复合控制算法,并通过仿真结果表明,复合控制表现出良好直流电压输出调节能力和动态响应性能,同时进一步降低整流系统输出的最低电压,实现发电机系统在宽转速范围下良好的运行效果。通过搭建PMSG对拖加载实验平台对本文所提出的控制方法进行实验验证。在前馈解耦的双闭环控制系统基础上,对比分析了本文的两种无位置控制方法的实验结果,将滑模观测器法与弱磁控制相结合进行实验,实验验证表明在采用本文提出的无位置弱磁混合控制算法时,PMSG-PWM整流系统可兼具无位置运行和宽转速范围的稳定直流电压输出。

关键词：永磁同步发电机 PWM整流器无位置传感器控制弱磁控制

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ADRC技术在三相PMSM矢量控制中的应用

ADRC技术在三相PMSM矢量控制中的应用

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作者：王闻博大连交通大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)在工业生产、交通运输中应用越来越广泛。但因为其非线性特性、参数测定存在误差、外部干扰等因素,致使常用的PID控制、滑模控制等难以进一步提高PMSM的控制精度。自抗扰控制(ADRC)作为一种在PID的基础上改进而来的... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)在工业生产、交通运输中应用越来越广泛。但因为其非线性特性、参数测定存在误差、外部干扰等因素,致使常用的PID控制、滑模控制等难以进一步提高PMSM的控制精度。自抗扰控制(ADRC)作为一种在PID的基础上改进而来的控制算法,因其具有强抗不确定性能力,超调抑制能力,对被控系统建模精确度要求低且不要求为线性的特点,在PMSM控制领域具有独特优势。分析ADRC总体组成,并对跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、反馈控制器(FBC)这三大组件的原理与结构、稳定性、收敛性讨论研究。基于此,针对ARDC的算法以及在PMSM中的应用提出了自己的一些想法,并通过Simulink建模仿真验证。具体工作如下: (1)对于ESO,本文提出了一种被观测系统为线性或近似线性时的改进思路,使得被测扰动不包括系统的线性项,得到一种改进型ESO、改进型降阶线性ESO(RLESO),其优点是可直接观测出线性系统的外扰。同时,分析了ESO的观测误差与FBC的控制误差,针对线性ADRC,还为误差推导出了等效滤波器的传递函数。 (2)基于ADRC算法设计了PMSM矢量控制电流环,同时通过修改前馈解耦的方式改进传统PI电流环,对两者的控制效果做了对比与分析。针对电流环的输出,进一步设计了基于空间矢量幅度的新型限幅策略,减小限幅带来的失真并提高对电机电压的利用率。 (3)对于PMSM的机械状态,需要根据工程需要设计速度环或位置环,在无传感器控制的场合还要设计电机转速与转子位置观测算法。基于分别采用线性的改进型ESO和改进型RLESO的ADRC,本文分别设计电机速度、位置控制器,将理想模型未能计及的因素及电机受到的外力打包视为总扰动,通过ADRC尽可能地消除总扰动对电机速度、位置控制效果的影响。此外,基于线性的改进型ESO设计了被用于无传感器控制的反电动势观测器。综合以上工作,本文基于Simulink仿真平台设计了一系列的仿真实验验证ADRC算法自身及其在PMSM矢量控制方面具有平稳、快速、无超调的控制能力及精准的扰动辨识能力。特别地对于电流环,在仿真实验中改进后的PI电流环抗噪性能仍然不及ADRC电流环,进一步凸显了本文设计的ADRC控制方案在PMSM矢量控制中的优势。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制自抗扰控制扩张状态观测器降阶扩张状态观测器

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基于滑模观测器的永磁同步电机谐波电流抑制

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船电技术 2024年第10期44卷 69-74页

作者：周浩夏加宽沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统,利用电机的反电势来提取转子位置信息,但其定子电流中含有大量的谐波而产生畸变,对控制系统产生不利的影响。本文在永磁同步电机滑模观测器的基础上,通过一种谐波抑制算法,向PWM三相调制参考电... 详细信息

传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统,利用电机的反电势来提取转子位置信息,但其定子电流中含有大量的谐波而产生畸变,对控制系统产生不利的影响。本文在永磁同步电机滑模观测器的基础上,通过一种谐波抑制算法,向PWM三相调制参考电压波形中添加相应的谐波成分,以抵消电机电流中的谐波。通过仿真验证,证明了这种方法的有效性,显著减小定子电流的畸变,降低转矩脉动,并提供更高的系统灵活性,提高了永磁同步电机的无传感器控制系统性能。

关键词：永磁同步电机谐波电压补偿无位置传感器控制转矩脉动滑模观测器

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基于高频方波注入的永磁同步电机控制优化

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微特电机 2024年第2期52卷 42-47,53页

作者：张嘉鑫夏加宽杨昌卓沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

提出一种利用高频正交方波电压注入静止坐标系的内置式永磁同步电动机无传感器控制的新方案。该方法是对传统高频旋转正弦电压注入法的改进,通过离散高频电流来建立整个信号过程。提出了一种不含低通滤波器的位置估计方法,并减小了高通... 详细信息

提出一种利用高频正交方波电压注入静止坐标系的内置式永磁同步电动机无传感器控制的新方案。该方法是对传统高频旋转正弦电压注入法的改进,通过离散高频电流来建立整个信号过程。提出了一种不含低通滤波器的位置估计方法,并减小了高通滤波器引起的相移。该无传感器控制方法受到数字滤波器的不利影响会减少,可以解决当前基于静止坐标系的注入方法的常见缺点。

关键词：永磁同步电机高频方波注入无位置传感器控制高通滤波器低通滤波器静止坐标系

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基于附加动子块的平面开关磁阻电机无位置传感器动子位置检测与控制方法

基于附加动子块的平面开关磁阻电机无位置传感器动子位置检测与控...

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作者：胡宏锦深圳大学

学位级别：硕士

平面开关磁阻电机在集成电路制造、精密加工以及生物医学工程等领域极具应用前景,它的可靠运行和位置控制都需要实时地获得动子位置,其动子位置通常是通过光栅尺、磁栅尺等位置传感器获得。但是,这些位置传感器的价格较为昂贵且容易受... 详细信息

平面开关磁阻电机在集成电路制造、精密加工以及生物医学工程等领域极具应用前景,它的可靠运行和位置控制都需要实时地获得动子位置,其动子位置通常是通过光栅尺、磁栅尺等位置传感器获得。但是,这些位置传感器的价格较为昂贵且容易受高温、粉尘、潮湿等恶劣环境的影响,使平面开关磁阻电机系统成本增加和可靠性降低。为了降低该电机系统的成本和提高其可靠性,论文提出并研究基于附加动子块的平面开关磁阻电机无位置传感器动子位置检测与控制方法。论文首先介绍了带附加动子块的平面开关磁阻电机。探索了带附加动子块的平面开关磁阻电机结构以及基于附加动子块的动子位置检测原理,推导了带附加动子块的平面开关磁阻电机控制系统模型。论文分析并设计了附加动子块。讨论了附加动子块的设计要求,利用等效磁路法建立了附加动子块的磁感应强度数学模型,分析、确定了附加动子块参数,并利用有限元法对设计的附加动子块进行了分析和验证;加工了实际的附加动子块,并进行了磁感应强度测量实验。磁感应强度测量结果表明:1)建立的磁感应强度数学模型相对误差小于8.9%,验证了磁感应强度数学模型的有效性;2)设计的附加动子块满足设计要求。研究了基于附加动子块的平面开关磁阻电机动子位置检测新方法。提出了一种基于附加动子块的动子位置检测算法,该算法具有实现简单、计算量小、占用内存小等优点;讨论了不平衡霍尔传感器输出信号对动子位置检测的影响,并且提出一种不平衡霍尔传感器输出信号的补偿方法;搭建了动子位置检测实验平台,并进行了动子位置检测实验,分析了电机在不同运行速度时的动子位置检测精度。实验结果表明:1)电机运行速度越快,动子位置检测误差越大;2)1 mm/s运行速度时,x轴方向的动子位置检测误差小于0.16 mm,y轴方向的动子位置检测误差小于0.14 mm。实验验证了基于附加动子块的平面开关磁阻电机动子位置检测新方法。最后,论文研究了基于附加动子块的平面开关磁阻电机无位置传感器控制方法。利用线性系统频域特性校正法设计了无位置传感器的平面开关磁阻电机比例微分(Proportional Differential,PD)位置控制器;将PD位置控制器与基于附加动子块的动子位置检测方法结合,进行无位置传感器控制实验。主要的实验结果包括:1)实现了无位置传感器下的稳定闭环控制;2)平面开关磁阻电机x轴方向控制的静态位置误差小于0.61 mm,动态位置误差小于1.15 mm,平面开关磁阻电机y轴方向控制的静态位置误差小于0.70 mm,动态位置误差小于1.32 mm;3)二维运动时,平面开关磁阻电机x轴方向控制的动态位置误差小于2.13 mm,y轴方向控制的动态位置误差小于2.10 mm。实验验证了基于附加动子块的平面开关磁阻电机无位置传感器控制方法的有效性。

关键词：平面电机开关磁阻电机动子位置检测无位置传感器控制附加动子块法

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基于R5F513T5ADFL的永磁同步电机控制器设计

基于R5F513T5ADFL的永磁同步电机控制器设计

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作者：张孚嘉吉林大学

学位级别：硕士

近年来,“双碳”的提出引发了全球的关注,其中电机控制作为新能源技术的核心应用,不断向着数字化和智能的趋势蓬勃发展,MCU和永磁同步电机的结合,已经成为当今智能家电控制的最佳选择,为用户提供了更加安全可靠的解决方案。永磁同步电... 详细信息

近年来,“双碳”的提出引发了全球的关注,其中电机控制作为新能源技术的核心应用,不断向着数字化和智能的趋势蓬勃发展,MCU和永磁同步电机的结合,已经成为当今智能家电控制的最佳选择,为用户提供了更加安全可靠的解决方案。永磁同步电机具有低成本、小体积、高效率等特点,为了充分发挥其优势,则需以高性能、高精度的MCU为平台设计电机控制器。本文将选用瑞萨电子株式会社近年来推出的RX13T系列的R5F513T5ADFL芯片,为该芯片设计硬件电路、嵌入式软件、控制算法有机结合的表贴式永磁同步电机控制器。本文的研究内容分为单片机软硬件方面和电机控制算法两个方面。首先在单片机方面根据电机运行的需求进行芯片选型,设计支撑电机算法运行的底层程序逻辑,合理安排软件时序。在完成软件设计后,使用Altium Designer软件绘制如主控电路、驱动电路及保护电路等硬件电路的原理图。在电机控制算法方面,本文将永磁同步电机抽象为数学模型,在使用坐标变换进行解耦的基础上搭建了基于=0的速度、电流双闭环FOC控制算法仿真平台,并对速度环与电流环PI控制器的参数进行了整定及优化。此后针对实际工况可能出现的负载突变问题搭建了滑模速度观测器与最小阶负载观测器相结合的控制算法仿真。为了减小滑模观测器的高频抖振现象,采用双曲正切函数替换了传统SMO的开关控制函数。在负载观测器中采用变前馈增益的转矩补偿方法,实现对转矩补偿效果的优化。最后本文根据算法仿真模型编写代码,写入到电机控制器中,搭建实验平台,通过示波器监视相电流、电压波形以及使用MATLAB软件进行仿真分析、数据处理,证实了带有速度、负载双观测器的电机控制器的设计的可行性与对负载扰动抑制的有效性。

关键词： MCU 永磁同步电机无位置传感器控制滑模观测器负载扰动抑制

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