检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘然哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有高转矩密度、良好的动态性能等优势,使其受到工业领域的青睐。永磁同步电机无位置传感器控制技术在降低系统成本以及提高系统鲁棒性等方面取得了显著成效,其中高频电压注入法是零低速域实现电机无位置传感器运行的有效... 详细信息

永磁同步电机具有高转矩密度、良好的动态性能等优势,使其受到工业领域的青睐。永磁同步电机无位置传感器控制技术在降低系统成本以及提高系统鲁棒性等方面取得了显著成效,其中高频电压注入法是零低速域实现电机无位置传感器运行的有效途径。然而,逆变器非线性等因素使转子位置估计结果受到严重影响。此外,模型不确定性和外部扰动使无位置传感器控制系统的抗扰性能变差。本文针对以上问题展开研究,研究方案如下。首先,研究基于高频方波电压注入的改进转速和转子位置提取方法。通过对正负注入周期内静止轴系的电流变化量进行作差处理,改善了转速和转子位置估计对电压误差的鲁棒性。之后利用标幺化处理以及外差法获得转子位置误差,通过龙贝格观测器控制转子位置误差收敛至零,从而获取转速和转子位置信息。然后,为了改善控制系统对模型不确定性和外部扰动的鲁棒性,研究改进非线性自抗扰转速控制策略。鉴于传统扩张状态观测器的局限性,为了扩大扰动适用范围,根据扰动估计精度和扰动估计速度,提出一种非线性函数,并建立其描述函数。基于此,构建改进非线性自抗扰控制器,借助级联的非线性扩张状态观测器实时估计扰动,并设计了控制律补偿扰动,实现了对转速高鲁棒性的调节。进而,对改进非线性自抗扰控制系统实施性能分析。为了简化性能分析过程,将级联非线性扩张状态观测器中的两个非线性环节进行化简,对改进非线性自抗扰控制系统实施稳定性分析。并对比传统自抗扰控制系统以及改进非线性自抗扰控制系统的扰动估计性能以及刚度性能,在理论上证明改进非线性自抗扰控制系统的优势。最后,通过仿真平台和实验平台对本文所述方案进行验证。仿真和实验结果均表明本文所述方案能够改善转子位置估计对电压误差的鲁棒性,提高系统对模型不确定性和外部扰动的抗扰能力。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制高频方波电压注入自抗扰控制扩张状态观测器

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基于GaN逆变器的永磁同步电机无位置控制研究

基于GaN逆变器的永磁同步电机无位置控制研究

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作者：严彩芹长江大学

学位级别：硕士

节能环保的电动汽车是世界汽车行业的发展趋势,对车用永磁同步电机驱动系统提出了更高的要求,希望其具有更高的功率密度、可靠性和效率,并且需要更高的电机位置和速度的控制精度。因此,本文将宽禁带半导体材料GaN应用在电机驱动领域,提... 详细信息

节能环保的电动汽车是世界汽车行业的发展趋势,对车用永磁同步电机驱动系统提出了更高的要求,希望其具有更高的功率密度、可靠性和效率,并且需要更高的电机位置和速度的控制精度。因此,本文将宽禁带半导体材料GaN应用在电机驱动领域,提高驱动系统效率,开展GaN基逆变器功率器件开路故障诊断以及永磁同步电机无位置控制算法研究,探讨实现GaN功率器件开路故障快速定位和高精度高性能无位置控制方案,解决GaN基伺服系统的安全性和可靠性,具体工作如下:首先分析了eGaN FET的静态特性与开关特性,探究了GaN功率器件静态输出特性、第三象限导通原理和特性,并将其与Si MOSFET进行对比。对考虑寄生参数的非理想切换过程进行了深入分析,利用LTspice搭建双脉冲仿真模型,研究不同电路驱动参数对开关速度、能量损耗等开关特性的影响,为实际电路的设计提供了有效参考。其次,针对汽车行驶工况较为复杂,机械式传感器易受环境干扰导致位置信号出现较大误差的问题,为了实现PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor,永磁同步电机)转子位置和速度的高精度控制,首先进行了永磁同步电机矢量控制原理研究,构造一般龙伯格无位置观测器代替机械式传感器。对于基于常反馈增益矩阵的龙伯格观测器存在参数设计困难、浪费人力的问题,根据极点配置思想,构建自适应反馈增益矩阵,结合滑模控制方法,设计了基于自适应增益的PMSM龙伯格-滑模无位置观测器。仿真结果表明在速度阶跃、突变负载、不同参数电机下,具有良好的动、静态性能,观测器具有高观测精度。再次,针对车用永磁同步电机驱动系统在长期运行过程中高频的开关动作和偶遇恶劣的运行环境而存在逆变器故障风险,为保证PMSM控制系统的可靠性,结合矢量控制方法,将MLD(Mixed Logic Dynamic,混合逻辑动态)模型运用到PMSM驱动系统中,提出了基于MLD模型电流残差的故障诊断方法,利用三相电流残差信息,实现了任意单管、双管故障的快速诊断。避免额外使用传感器,同时加快了故障诊断速度。最后,通过搭建以TMS320F28069为主控芯片的硬件实验平台,利用表贴式永磁同步电机对上述所提出的方法进行验证。

关键词：永磁同步电机氮化镓无位置传感器控制故障诊断

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基于模糊全阶滑模观测器的PMSM无传感器控制策略研究

基于模糊全阶滑模观测器的PMSM无传感器控制策略研究

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作者：于辉曲阜师范大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)因体积小、能量利用率高、调速性能好等优势,广泛应用在民用、工业、航空航天等电气传动装置中。要实现PMSM的精确控制,精确获取电机的实时转子位置信息是关键,传统的获取转子位置的方式一般是通过在电机转轴上安装... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)因体积小、能量利用率高、调速性能好等优势,广泛应用在民用、工业、航空航天等电气传动装置中。要实现PMSM的精确控制,精确获取电机的实时转子位置信息是关键,传统的获取转子位置的方式一般是通过在电机转轴上安装机械式编码器,但高精度的机械式编码器具有成本高,增加系统体积的缺点,并在复杂运行工况下存在易损坏的风险。所以,进行PMSM的无传感器控制系统研究具有重要意义。针对传统滑模观测器(TSMO)采用固定滑模增益,在永磁同步电机低速运行时,转子位置检测会有严重高频抖振的问题,提出了旨在提高宽调速范围滑模抖振抑制性能的模糊自适应调节滑模增益的全阶滑模观测器。利用高频脉振方波电压注入法实现电机的零速启动与低速运行,并采用加权平均切换的复合控制策略进行零低速与中高速算法的平滑切换,实现全速域范围的PMSM无传感器控制。首先,本文在全阶滑模观测器(FSMO)的基础上,结合实时观测的电机转速,采用定子电流实际值与观测值的误差和误差的变化率为输入量构建模糊控制规则,实现在不同运行状态时的滑模增益自适应调节;采用双曲正切函数代替传统的符号开关函数实现软开关切换的连续滑模控制;为消除转速造成的影响,通过归一化正交锁相环获得反电动势中的转子位置信息;通过仿真结果表明,相比于TSMO,本算法在宽调速范围抖振抑制性能、转子位置估计精度、抗干扰能力等方面更具有优势。其次,在零低速域采用凸极效应法实现PMSM的零低速运行。介绍了表贴式永磁同步电机(SPMSM)的饱和式凸极形成机理,针对传统的高频脉振正弦电压注入法存在的不足,本文采用一种可提高注入电压频率的高频脉振方波电压注入法;采用无滤波器的高频低频信号分离方法,避免了滤波器的使用造成系统带宽降低、响应速度下降等问题;利用龙贝格观测器进行转子位置提取,提高了转子位置观测精度。由于没有一种算法可同时适用于零低速与中高速的高性能控制,故采用加权平均切换的复合控制策略实现低速与中高速算法的平滑切换,从而实现全速范围的PMSM无传感器控制。通过仿真验证了所用方法的有效性。最后,为验证本文提出算法的实际应用效果,在搭建的PMSM半实物仿真驱动控制平台进行了实验验证,通过一系列实验表明,本文采用的无传感器控制方法的正确性与实际应用的有效性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制模糊全阶滑模观测器高频脉振方波电压注入法半实物仿真

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电动车无刷直流电机无位置传感器驱动控制研究

电动车无刷直流电机无位置传感器驱动控制研究

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作者：陈景芳江苏大学

学位级别：硕士

传统的燃料汽车不仅消耗化石能源,而且排放大量的尾气,这对世界能源危机和空气污染产生严重的影响。纯电动车这几年高速发展,作为未来出行的优选方案,其具有无污染、低噪声、智能化等优点。电动车用电机驱动系统作为电动汽车的心脏,其... 详细信息

传统的燃料汽车不仅消耗化石能源,而且排放大量的尾气,这对世界能源危机和空气污染产生严重的影响。纯电动车这几年高速发展,作为未来出行的优选方案,其具有无污染、低噪声、智能化等优点。电动车用电机驱动系统作为电动汽车的心脏,其性能的优劣直接影响到乘客的驾驶感受,有必要对其进行深入的研究,而无位置传感器的驱动控制可以使电动汽车适应更加复杂的环境,因为不需要安装霍尔传感器的缘故,可以减轻电机重量和降低成本。本文设计了一套基于STM32芯片的电动车无刷直流电机无位置传感器驱动控制系统,该系统控制精度高、响应速度快、稳定可靠。本文首先通过理论研究,充分了解了电动汽车对电动驱动系统的性能要求,并且分析了电动车用电机的数学模型以及控制原理;着重对PID(Proportion、Integral、Differential)控制算法进行了研究,针对算法中积分项可能出现的积分饱和现象,使用变积分控制算法对增量式PID控制算法中的积分项进行优化,实现了积分累加速度随偏差的变化而改变。针对PID参数整定比较复杂的问题,本文提出使用爬山算法在Simulink仿真平台上对速度环PI参数进行快速整定仿真,得到的PI参数对后面硬件设计中PI参数的选择具有重要的参考价值。在理论基础上,对控制系统的硬件和软件进行设计,采用STM32F051R8T6作为控制芯片,搭建了一套可以实现无位置传感器驱动控制的软硬件系统,并对增量式PID算法进行优化设计,改进后的控制算法可以对速度环中转速超调进行有效的抑制;通过在电机启动时检测检流电阻的电流值确定电机转子的初始位置的方法,可以有效的缓解电机启动时的转速脉动,达到更加平稳启动的目的。本文搭建实验平台对设计好的控制系统进行性能测试,主要包括PWM(Pulse Width Modulation)波检测、电机启动测试、闭环测试和负载测试。测试结果表明:本文设计的电动汽车无刷直流电机无位置传感器驱动控制系统运行稳定;根据转子磁钢与电枢反应的关系,优化设计“三段式”启动方法,可以使电机启动更加平稳;基于变积分的增量式PID控制算法的优化设计可以有效的抑制转速调节中超调量的产生;电机驱动控制系统的设计达到预期要求。

关键词：电动汽车无位置传感器控制变积分控制算法

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无位置传感器开关磁阻电机启动和低速控制策略设计

无位置传感器开关磁阻电机启动和低速控制策略设计

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作者：钱进优东南大学

学位级别：硕士

相对于传统电机,开关磁阻电机(SRM)具有很多优势,然而由于位置传感器的存在,这些优势被削弱。所以,近年来关于无位置传感器SRM启动和低速控制策略,尤其是多相脉冲注入法和空闲相高频脉冲注入法的研究得到了业界的广泛关注。但是多相脉... 详细信息

相对于传统电机,开关磁阻电机(SRM)具有很多优势,然而由于位置传感器的存在,这些优势被削弱。所以,近年来关于无位置传感器SRM启动和低速控制策略,尤其是多相脉冲注入法和空闲相高频脉冲注入法的研究得到了业界的广泛关注。但是多相脉冲注入法可能会使转子初始位置发生变化,在相电感值接近的区域会造成角度判断错误;同时,空闲相高频脉冲注入法对换相点检测存在角度误差,响应电流异常状态会影响电机运行的稳定性。针对上述问题,本文对多相脉冲注入法和空闲相高频脉冲注入法进行改进,实现了一种高精度无位置传感器SRM启动和低速控制策略。首先,本文阐述了SRM以及多相脉冲注入法和空闲相高频脉冲注入法的基本原理,分析了角度判断误差的来源,分析结果表明,角度判断误差的主要来源是电流采样误差和气隙的磁路饱和现象。然后,提出了具体解决方案:(1)通过建立注入脉冲产生转矩的模型,得到使转子保持静止的最大注入宽度,从而对注入脉冲进行宽度调制,保证在初始位置检测期间转子不发生旋转。(2)通过响应电流的滞环检测,结合开环启动法,消除电流采样误差造成的角度判断错误,从而实现全角度范围内的无反转启动。(3)利用续流工作状态对绕组电流的检测能力,在注入脉冲之前先对绕组电流进行续流采样,避免绕组中残存的电流造成响应电流状态异常。最后,基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型,基于6/4极SRM搭建了实测平台,验证了本文控制策略的可行性。实测结果显示:本文所实现的无位置传感器SRM控制策略,可以使电机在全角度周期内无反转启动,电机稳态调速范围500r/min583r/min,电机最大输出转矩为1.3 N·m,额定功率1040W,换相点的角度判断误差1.71°,实现了设计指标要求。

关键词：开关磁阻电机无位置传感器控制多相脉冲注入法空闲相高频脉冲注入法

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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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基于滑膜观测的FOC无刷电机控制系统设计

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机电工程技术 2024年第1期53卷 159-162,211页

作者：许为龙徐宏宇沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136

针对目前全驱动型机器人的高工作精度以及高稳定性需求,设计全驱动型机器人关节驱动控制系统。基于无刷电机数学模型,电机驱动方案采用矢量电机控制算法FOC,电机角速度位置采用有感、无感相结合获取,即在启动以及低速转动下采用位置传感... 详细信息

针对目前全驱动型机器人的高工作精度以及高稳定性需求,设计全驱动型机器人关节驱动控制系统。基于无刷电机数学模型,电机驱动方案采用矢量电机控制算法FOC,电机角速度位置采用有感、无感相结合获取,即在启动以及低速转动下采用位置传感器,在中高速转动下切换使用滑模观测器。观测器对电机反电动势观测值进行运算处理,获得电机位置和速度。在MATLAB/Simulink搭建控制模型,验证算法可行性。仿真结果表明:在负载情况下,中低转速下,控制精度低,低成本位置传感器足以满足控制需求;在中高转速下,位置获取方法切换为滑模观测器,此时无位置传感器控制,无需使用高精度位置传感器,根据电机运行的电流观测到的位置,足以满足中高转速需求。且观测器监测内部运行状态,无视外界影响,大大提高控制系统的响应性与稳定性。

关键词：全驱动型机器人无刷电机电机控制算法矢量控制(FOC) 滑模观测器无位置传感器控制

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高速空心杯电动机控制技术研究

高速空心杯电动机控制技术研究

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作者：李建宁山东理工大学

学位级别：硕士

空心杯电机是一种高速、高精度的电机,凭借其响应速度快、功率密度高、运行平稳、伺服性能好的特点,使其在军事、航空航天、医疗器械、自动化设备等高速、高精度的场合中得到了广泛的应用。在空心杯电机控制系统中换相误差会制约控制系... 详细信息

空心杯电机是一种高速、高精度的电机,凭借其响应速度快、功率密度高、运行平稳、伺服性能好的特点,使其在军事、航空航天、医疗器械、自动化设备等高速、高精度的场合中得到了广泛的应用。在空心杯电机控制系统中换相误差会制约控制系统性能,并使电机的精度和稳定性下降,另外转矩脉动也会对电机运行的稳定性造成影响,为了提升空心杯电机控制系统的性能,本文在空心杯电机无位置控制的基础上对电机的换相误差和转矩脉动抑制进行研究。首先,介绍了高速空心杯无刷电机的结构,深入分析空心杯无刷电机的基本原理,并构建其数学模型,介绍六步法控制方法、反电势检测法、转子启动方法以及速度调制方式在内的电机控制相关步骤,分析了电机换相误差的来源。针对空心杯电机无位置控制问题,采用三段式的空心杯电机无位置控制方法,最后对高速空心杯电机无位置控制系统进行仿真分析。其次,对空心杯电机无位置控制系统的实验平台进行搭建,设计控制系统的硬件电路并详细分析了软件算法的实现过程,为后续验证本文所提的控制策略的有效性打好基础。再次,详细分析不同PWM调制方式下非导通相的续流情况,在考虑了非导通相换相续流、开关损耗和转矩脉动影响后最终选择PWM-ON-PWM的功率电路驱动方式,并对其实现方法进行研究,设计了换相角度细分程序,并通过实验验证了该程序的正确性。最后,针对高速空心杯电机高速运行中因为滤波采样电路、软硬件延迟、采样延迟引起的换相误差问题,提出一种基于母线电流积分的自适应换相校正策略,以母线电流在一个导通周期的前后半个周期的电流积分值相等为目标,将电机的母线电流积分值作为反馈信号对换相角度进行闭环补偿,并通过实验进行了验证。该换相校正策略只需对电机的母线电流进行检测,不依赖于任何电机参数。

关键词：空心杯电机无位置传感器控制 PWM调制换相误差换相校正

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无电解电容永磁同步电机变频驱动系统控制策略研究

无电解电容永磁同步电机变频驱动系统控制策略研究

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作者：明志伟华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,变频电机驱动技术已在各个领域得到广泛应用。然而传统变频驱动系统面临着电解电容寿命和可靠性的问题。无电解电容驱动系统采用薄膜电容代替电解电容,同时省去了功率因数校正电路,具有低成本和高可靠性等优势。本文以无电解电... 详细信息

近年来,变频电机驱动技术已在各个领域得到广泛应用。然而传统变频驱动系统面临着电解电容寿命和可靠性的问题。无电解电容驱动系统采用薄膜电容代替电解电容,同时省去了功率因数校正电路,具有低成本和高可靠性等优势。本文以无电解电容永磁同步电机驱动系统为研究对象,针对高功率因数逆变器控制策略和无位置传感器启动策略进行研究,旨在改善驱动系统的网侧性能和实现无位置传感器的平稳启动。母线电容容值减小改变了驱动系统的特性。在分析驱动系统特性的基础上,明确了通过合理控制逆变器功率能够间接调整网侧功率,从而实现网侧高功率因数。从幅值角度构建了逆变器功率和dq轴电流之间的三输入三输出模型,同时利用相对增益矩阵理论分析并选择了最合理的控制变量配对方案。基于该配对方案设计了逆变器功率的闭环控制策略和功率调节器参数。功率调节器同时输出dq轴电流指令,从而避免了试凑d轴电流指令。针对电网电压的畸变问题,进一步提出了逆变器功率的前馈补偿策略以降低其对系统的影响。为了在无位置传感器的情况下解决启动问题,研究了基于信号注入激励的有效磁链模型零低速无位置传感器控制算法。通过分析dq轴电流谐波,明确了反电动势的谐波组成。为了观测反电动势和抑制反电动势谐波,分别设计了全阶滑模观测器和同步轴滑动平均滤波器。搭建了无电解电容永磁同步电机驱动系统的仿真和物理平台,并进行了大量实验验证工作。实验结果表明,采用本文所提出的逆变器控制策略,可以有效改善网侧功率因数和抑制网侧电流谐波,并满足IEC61000-3-2标准。功率因数最高可达0.99108。同时,采用所提出的启动策略,转子初始位置辨识误差不超过3°,电机可以稳定地从任意初始转子位置启动并切换至中高速无位置传感器控制算法。

关键词：永磁同步电机无电解电容高功率因数无位置传感器控制

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一种表贴式永磁同步电机无位置传感器分段延时补偿策略

一种表贴式永磁同步电机无位置传感器分段延时补偿策略

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作者：张航梁文睿张辉 710048 陕西省西安市碑林区金花南路5号

本发明公开了一种表贴式永磁同步电机无位置传感器分段延时补偿策略,具体为：当电机基波频率小于47Hz时，使用载波调制对预测后的q轴电压误差进行PI调节，随后通过补偿IGBT的导通时间来消除系统总时延的影响；当基波频率大于47Hz后，随... 详细信息

标准号: CN113364381B

本发明公开了一种表贴式永磁同步电机无位置传感器分段延时补偿策略,具体为：当电机基波频率小于47Hz时，使用载波调制对预测后的q轴电压误差进行PI调节，随后通过补偿IGBT的导通时间来消除系统总时延的影响；当基波频率大于47Hz后，随着转速升高，采用SHEPWM+方波的调制方式，通过预测电压矢量角、调制深度及估计转子位置来消除延时效应。本发明针对混合脉宽调制下的表贴式永磁同步电机无位置传感器的驱动，提出了一种系统延时分段补偿策略，同时，零低速采用高频方波电压信号注入法，中高速采用非奇异终端滑模观测器，可在全速域消除系统延时对无位置传感器控制带来的影响，提高控制性能。

关键词：无位置传感器永磁同步电机基波频率消除系统表贴式延时无位置传感器控制高频方波电压估计转子位置补偿策略电压矢量调制方式分段补偿分段延时控制性能脉宽调制系统延时信号注入载波调制终端滑模转速升高非奇异观测器中高速总时延预测导通方波调制电机驱动

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