检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：姚斐江苏大学

学位级别：硕士

电力变压器是保证电力高效高可靠传输的关键装备,其在电力传输中起到了承上启下举足轻重的作用。随着风力发电、光伏发电、海洋发电、储能等新能源发电产业的快速发展,电力变压器电力承载容量不断提高,应对负荷频繁变化成为常态。高效... 详细信息

电力变压器是保证电力高效高可靠传输的关键装备,其在电力传输中起到了承上启下举足轻重的作用。随着风力发电、光伏发电、海洋发电、储能等新能源发电产业的快速发展,电力变压器电力承载容量不断提高,应对负荷频繁变化成为常态。高效冷却风机系统是确保变压器安全稳定运行和提高变压器电力承载能力、延长寿命的关键核心手段,其性能的优劣决定了电力变压器的性能与寿命,已经成为“碳达峰、碳中和”发展目标下新型电力系统高效高可靠发展的重点关注领域。针对电力变压器冷却风机的驱动电机系统需求,以一台24V/450W,15槽10极的少稀土永磁电机为研究对象,分别从理论推导、建模分析和实验研究三个方面,深入研究了该类少稀土永磁电机的设计与优化,无位置传感器控制策略以及集成一体化驱动控制设计等,本文主要的研究工作有以下几个方面: 1)针对一种轮辐式少稀土永磁电机拓扑结构,开展了该类少稀土永磁电机的结构设计,并基于有限元多目标优化设计方法,以电机转矩、转矩脉动、效率等为优化目标,对该类电机的电磁性能进行优化设计,优选电机结构参数;对比优化前后的电机性能包括磁场分布、磁链、反电动势、电感、转矩、效率等,为实现该类电机的控制奠定了有益的研究基础。 2)构建少稀土永磁电机的无位置传感器控制系统,推导了少稀土永磁电机无位置传感器控制数学模型,分析滑模观测器反电动势观测位置信息的原理和方法,提出基于模糊滑模观测器和自适应滤波器的位置估算方法。在此基础上,基于MTALB/Simulink构建了少稀土永磁电机的控制系统仿真模型,研究该类电机的驱动特性,分析了各个模块对无位置传感器控制算法的影响,为实现冷却风机集成一体化电机驱动系统提供了有力控制基础。 3)基于STM32控制核心构建了少稀土永磁电机驱控集成一体化结构,设计了驱动控制系统的关键核心电路,选择了关键核心器件,并根据控制策略编写了相应的控制程序。在此基础上,设计了集成一体化驱动器结构,为该类电机的实验研究提供基础。 4)根据少稀土永磁电机优化设计结果,制造实验样机,并制作控制器,搭建了实验测试平台。进行少稀土永磁电机无位置传感器驱动控制系统静态和动态实验评估与分析,验证该类系统的有效性和可靠性。

关键词：少稀土永磁电机优化设计无位置传感器集成一体化冷却风机

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高频脉振注入在永磁同步电机无感控制中的应用

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赣南师范大学学报 2024年第6期45卷 75-78页

作者：乐江源谢潇非赣南师范大学物理与电子信息学院江西赣州341000

随着电机转速增加,反电动势也随之增大.在低速运行阶段,传统的无位置传感器控制技术在永磁同步电机(PMSM)中,由于信噪比较低,会导致对电机转子位置和速度的检测精度下降.为了不依赖位置传感器获取转子位置信息,永磁同步电机采用了基于... 详细信息

随着电机转速增加,反电动势也随之增大.在低速运行阶段,传统的无位置传感器控制技术在永磁同步电机(PMSM)中,由于信噪比较低,会导致对电机转子位置和速度的检测精度下降.为了不依赖位置传感器获取转子位置信息,永磁同步电机采用了基于高频脉冲电压注入的方法.通过注入高频电压至q轴,捕获转子误差信息.利用q轴高频电流响应实时追踪转子位置,理论、仿真与实验结果验证,该策略能提升低速下的转子位置估算精度,表现优异的鲁棒性.

关键词：反电动势高频脉振注入无位置传感器

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多相永磁同步电机容错控制策略研究

多相永磁同步电机容错控制策略研究

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作者：郭杰哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着社会的不断发展,人们在电动汽车、舰船、航空航天等领域对电机系统的可靠性提出了更高的要求。由于传统三相电机驱动系统难以满足越来越严格的要求,而多相电机驱动系统具有大功率、高可靠性和输出转矩波动小的特点,因此,多相电机受... 详细信息

随着社会的不断发展,人们在电动汽车、舰船、航空航天等领域对电机系统的可靠性提出了更高的要求。由于传统三相电机驱动系统难以满足越来越严格的要求,而多相电机驱动系统具有大功率、高可靠性和输出转矩波动小的特点,因此,多相电机受到了越来越多的关注。在多相电机控制系统中,驱动单元和传感器故障占据的比例最大。当驱动系统发生故障后,电流环采用传统的PI控制器调节难以满足高精度控制的要求;当位置传感器发生故障后,传统控制策略无法得到准确的角度和转速信息。因此,针对双Y相移30度六相永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）应用中的关键技术问题,如容错控制、无位置传感器检测和无差拍电流控制等策略进行研究,具有重要的理论研究意义和实用价值。本文首先介绍了双Y相移30度六相永磁同步电机的基本结构,分别给出了静止坐标系和旋转坐标系下的六相电机数学模型,对六相逆变器的空间电压矢量和四矢量调制技术的工作机理进行了介绍,并对基于id=0矢量控制策略进行了介绍。其次,针对故障前后的磁势和转矩进行了分析,依据合成磁动势不变的原则,分别以最小定子铜耗和最大转矩输出为优化目标,利用MATLAB中的最优求解函数得到剩余相电流的幅值和相位;此外,分析了降维容错控制策略,即将断相后的六相电机当作五相电机,重新推导变换矩阵和断相状态后的六相PMSM数学模型;同时,引入二次坐标变换来减小耦合影响,并基于MATLAB/Simulink软件进行验证分析。再次,对无位置传感器检测技术进行研究。针对传统的反电势法在低速时包含大量谐波的高频信号的问题,本文提出利用磁链观测器获得转速和位置信息。在磁链观测器中引入估算角度误差参数,通过估算速度反馈提高估算精度并采用定子电流变频跟踪器跟踪电流频率减小电流误差;同时,为了提高观测器的估算精度和抵抗扰动能力,把转子位置误差作为扰动项,通过电机机械运动方程构造三阶扩展状态观测器估算转速和转子位置,搭建仿真模型对所提算法进行验证。第四,为了提高发生断相故障后的控制效果,提出一种新型的无差拍电流预测策略。传统无差拍电流预测存在的问题是当电机参数和控制参数不匹配时会严重影响电机系统的稳态性能,因此,提出了一种仅与电感参数有关的自适应无差拍电流预测模型;同时,针对控制的延时问题,采用了延迟补偿的方法,进一步消除了系统控制中的延迟,进行了系统仿真,结果验证了所提算法的正确性。最后,以10k W双Y相移30度六相永磁同步电机为例,进行了系统设计和平台搭建;进行了实验研究,结果验证了本文提出的故障容错控制策略的正确性和可行性。

关键词：六相永磁同步电机容错控制无位置传感器无差拍电流预测

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无刷直流电机换相策略及转矩脉动抑制的研究

无刷直流电机换相策略及转矩脉动抑制的研究

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作者：沈喆磊南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着新能源汽车、工业机器人的蓬勃发展,无刷直流电机凭借易于调速、工作效率高等优势,被广泛应用在生活和工业生产中。无刷直流电机无位置传感器控制系统控制电机产生扭矩,完成驱动目标,不同控制系统所在的应用领域不同。其中,... 详细信息

近年来,随着新能源汽车、工业机器人的蓬勃发展,无刷直流电机凭借易于调速、工作效率高等优势,被广泛应用在生活和工业生产中。无刷直流电机无位置传感器控制系统控制电机产生扭矩,完成驱动目标,不同控制系统所在的应用领域不同。其中,方波控制和矢量控制在无传感器控制系统中具有较广的应用。传统的方波控制硬件成本较低且软件程序易于实现,但其带来的转矩脉动问题不可避免。同时,无传感器技术中对于转子信号捕捉不准确的现象依旧存在。因此,针对上述问题,本文以无刷直流电机方波控制作为研究对象,重点对于转子的换相、转速的捕捉以及转矩脉动的抑制展开研究。具体内容如下:首先,针对无位置传感器技术中转子位置信号捕捉不准确、转速估算误差大、相位延迟等问题,设计了一种基于端电压和改进滑模观测器的换相策略,并由李雅普诺夫稳定性定理证明了该观测器的稳定性。通过端电压和直流母线电压的大小逻辑判断获得续流信号,并借助检测到的续流信号去除换相干扰成分。另外,采用线反电动势作为状态变量,省去了低通滤波器及相位补偿电路,并使用双曲正切函数代替开关函数来抑制振荡对系统的影响。仿真结果显示,所采用方法可以准确捕捉换相信号,验证了改进效果。其次,针对传统的六步换相控制所固有的转矩脉动现象,设计了一种基于转矩电流变化率的转矩脉动抑制策略。首先,针对正常导通期间转矩变化率的正负判断出转矩的单调性,根据实际输出转矩与给定参考转矩的大小注入具有单调性的转矩矢量,引入闭环控制使转矩不断接近参考值,得出调制的占空比。而后,针对换相期间反电动势的变化会对转矩及输出相电流产生影响这一现象,分析了换相过程的约束条件,并对输出相反电动势进行拟合,同时计算对应的调制占空比。仿真结果显示,结合两部分能够有效抑制整个运动过程中的转矩脉动。最后,以STM32F031作为控制核心,完成硬件、软件的设计,并以一台750W功率的无刷直流电机作为实验样机,搭建了完整的实验平台,分别对无感下的换相策略、转矩脉动抑制策略以及整机运行性能进行实验验证。通过实验波形对比,验证了本文所采用策略的可行性,提高了方波控制下无刷直流电机整体的工作性能。

关键词：无刷直流电机方波控制无位置传感器滑模观测器转矩电流变化率

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低速重载工况下的永磁同步电机无传感器运行控制策略

低速重载工况下的永磁同步电机无传感器运行控制策略

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作者：宋江南江苏科技大学

学位级别：硕士

永磁同步电机有许多优点,例如高功率密度、高精度、小体积、低噪音等,永磁同步电机广泛应用于各种领域,包括自动控制系统、医疗设备、工业生产设备、家电、电动汽车等领域。永磁同步电机的控制系统包括有位置传感器和无位置传感器控制... 详细信息

永磁同步电机有许多优点,例如高功率密度、高精度、小体积、低噪音等,永磁同步电机广泛应用于各种领域,包括自动控制系统、医疗设备、工业生产设备、家电、电动汽车等领域。永磁同步电机的控制系统包括有位置传感器和无位置传感器控制。有位置传感器控制一般使用霍尔传感器等来获取转子位置,但是机械传感器会伴随一些问题,如体积大、成本高和安装精度要求高等,有位置传感器的控制系统在各种工况下的适应性和可靠性都有些不足。因此,无位置传感器的控制技术成为了当前的研究热点。在低速重载工况下无传感器控制系统存在电机角度和转速估算不准确的问题,从而影响电机的稳定性。为解决此问题,本文提出将磁链观测器与MARS参数辨识算法相结合,通过对两种算法的改进优化,提高低速重载工况下的永磁同步电机无传感器控制的运行稳定性和可靠性。论文的主要内容如下: (1)建立了PMSM电磁模型,论述了PMSM矢量控制的整体控制方案,对SVPWM的基本原理进行了详细阐述。最后在Matlab/Simulink建立永磁同步电机矢量控制仿真模型。 (2)针对传统磁链观测器纯积分环节出现的直流偏置问题,提出一种改进的磁链观测器,首先选用电压电流混合模型的磁链观测器,将改进的二阶广义积分模型作为电压模型,其次引入有效磁链简化观测器结构,解决传统磁链观测器出现的直流偏置问题,实现在低速重载工况下的永磁同步电机的转子位置和转速信息观测的准确性。 (3)针对永磁同步电机在低速重载工况下运行中受电机内阻变化的影响,导致运行系统的不稳定。提出一种新型MARS参数辨识算法,通过分步辨识解决多参数辨识出现的失秩问题,并将辨识得到的电机参数反馈给磁链观测器,进一步提高低速重载工况下的运行稳定性。 (4)搭建实验平台,详细介绍了实验平台的硬件和软件的设计搭建。在搭建的实验平台上对改进算法进行验证,实验验证表明了改进算法的可行性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器磁链观测器参数辨识

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基于超螺旋观测器的SPMSM无传感器控制

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微特电机 2023年第10期51卷 52-57页

作者：杨贽玮赵世伟杨向宇邱小华华南理工大学电力学院广州510640

提出一种基于超螺旋观测器的无传感器控制方案。设计了超螺旋观测器并使用锁相环提取转子位置和转速信息,对反电动势滤波并补偿估计转子位置以减小相位滞后。仿真和实验表明,该方法较传统滑模观测器观测反电动势正弦度更高、观测转子位... 详细信息

提出一种基于超螺旋观测器的无传感器控制方案。设计了超螺旋观测器并使用锁相环提取转子位置和转速信息,对反电动势滤波并补偿估计转子位置以减小相位滞后。仿真和实验表明,该方法较传统滑模观测器观测反电动势正弦度更高、观测转子位置和转速抖动更小,具有一定的抗外部扰动能力。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器滑模观测器超螺旋观测器锁相环

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开关磁阻电机无感低速控制算法设计与实现

开关磁阻电机无感低速控制算法设计与实现

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作者：吴敏东南大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有结构简单、制作成本低、调速范围宽、可靠性高等优点,因而广泛应用于电动车驱动、纺织工业、家电行业等众多领域,成为国内外研究的热点之一。开关磁阻电机驱动系统的稳定运行依赖... 详细信息

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有结构简单、制作成本低、调速范围宽、可靠性高等优点,因而广泛应用于电动车驱动、纺织工业、家电行业等众多领域,成为国内外研究的热点之一。开关磁阻电机驱动系统的稳定运行依赖于准确的转子位置,传统的位置传感器降低了系统的可靠性,提高了成本和复杂度。因此无位置传感器控制策略的研究具有一定的工程价值和现实意义,符合技术发展趋势。基于脉冲注入的双电流阈值法因其带载能力强、控制灵活的优点成为主流的低速无位置传感器控制策略之一,但是该方法必须检测关断相的退磁电流,这使其仅适用于使用电流传感器作为电流采样方案的应用中。因此本文提出了三电流阈值法,通过第三个阈值表示退磁电流归零的位置,打破了双电流阈值法的局限性,具有更广泛的应用价值。本文以三相12/8SRM为研究对象,首先解析推导了退磁电流归零的特征位置。然后对采样电流值进行线性拟合计算脉冲电流峰值,并获取脉冲电流峰值与转子角度位置的关系。在此基础上,通过选取合适的电流阈值作为换相时刻,可以灵活地调节开通角和关断角,以提高带载能力。在实际应用中,即使三相电感不平衡,本文所提的三电流阈值法仍然具有有效性,因此通用性优于其他位置估计方法。本文基于MATLAB/Simulink仿真平台对所提出的三电流阈值无位置传感器控制方法进行建模和仿真分析,并搭建实测平台,使用三相12/8SRM作为样机进行实验,通过仿真和实测证明所提三电流阈值方法的有效性和准确性。实验结果表明,本文所提出的三电流阈值位置估计技术,能够实现电机从静止到低速平稳运行,电机稳态调速范围为0～1550rpm,空载下的角度估计误差范围为0.674°～1.54°,重载下的估计误差范围为2.2°～2.78°,达到了本文提出的预期设计指标的要求。

关键词：开关磁阻电机无位置传感器脉冲注入电流阈值法

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基于高频注入和滑模观测器的无刷直流电机无感复合观测方法研究

基于高频注入和滑模观测器的无刷直流电机无感复合观测方法研究

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作者：方洲深圳大学

学位级别：硕士

在科学技术的快速进步下,直流无刷电机快速发展。直流无刷电机通常采用位置传感器得到转子角度信息,但安装位置传感器往往会带来电机重量增大、成本增加以及干扰等问题,限制了电机的应用。因此,采用无位置传感器（无感）方式控制电机成... 详细信息

在科学技术的快速进步下,直流无刷电机快速发展。直流无刷电机通常采用位置传感器得到转子角度信息,但安装位置传感器往往会带来电机重量增大、成本增加以及干扰等问题,限制了电机的应用。因此,采用无位置传感器（无感）方式控制电机成为了当前的研究热点之一。目前适合电机中高速运行的无感观测方式,在低速时观测精度低,而适用于电机低速运行的观测方法不适合电机的高速运行,因此,本文在综合考虑直流无刷电机运行特点的基础上,低速采用方波高频电压信号注入法,在中高速时采用滑模观测器法,采用基于反正弦函数的变速率切换方式,实现了全速域的无感控制方案。首先,论文介绍了无刷直流电机的结构和原理,对电机进行建模,阐述了坐标变换原理及无刷直流电机控制策略,选择id=0的矢量控制方法和SVPWM对电机进行控制。其次,介绍了三种高频注入法的工作方式以及转子角度信息的获得过程,对三种高频注入方法进行数学建模。采用方波高频电压信号注入法代替传统高频注入法,减少滤波器的使用,提高系统动态性能。研究了方波高频电压信号注入法不同幅值注入信号对系统的动态性能的影响,并在MATLAB/Simulink中搭建模型验证,最后对脉振高频电压信号注入法和方波高频电压信号注入法这两种方法的仿真效果进行对比。再次,介绍了滑模观测器法的原理并对滑模观测器法数学建模,优化了滑模观测器的结构,采用双曲正切函数代替符号函数作为滑模增益函数、使用锁相环来代替反正切函数,获取转子的位置信息,降低电机的抖振;又对高频注入法和滑模观测器法的切换函数进行研究,设计了基于反正弦函数的变速率复合观测方法,在MATLAB/Simulink中仿真验证可知,复合观测方法与单一的滑模观测器法观测相比,低速时,复合观测方法转速误差最大值缩小了1/4,角度误差缩小了2/3。最后,在Speedgoat实时控制平台对复合观测方式进行验证,对单一的滑模观测器法和基于高频注入和滑模观测器的复合观测方法进行效果对比。实验证明,与单一的滑模观测器法相比,复合观测方式精度更高,转速和角度误差都更小。

关键词：无刷直流电机无位置传感器高频注入滑模观测器复合观测

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同步磁阻电机的无传感器直接转矩控制方法研究

同步磁阻电机的无传感器直接转矩控制方法研究

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作者：宗法鑫浙江理工大学

学位级别：硕士

电机作为能量转换设备被广泛的应用于船舶军舰、航空航天、电动汽车、工业生产等领域。目前我国能源紧缺问题日益严峻,电机作为工业生产领域的关键设备,其消耗的能源可占工业总能耗的50%以上,因此探讨如何降低电机的制造成本、提高电机... 详细信息

电机作为能量转换设备被广泛的应用于船舶军舰、航空航天、电动汽车、工业生产等领域。目前我国能源紧缺问题日益严峻,电机作为工业生产领域的关键设备,其消耗的能源可占工业总能耗的50%以上,因此探讨如何降低电机的制造成本、提高电机效率,对于降低工业能耗、缓解能源危机、助力“双碳目标”有着重要意义。在此背景下,同步磁阻电机因其效率较高、转子结构简单、成本较低的优点,被视为在工业领域中替换异步电机和永磁同步电机的理想电机。同步磁阻电机的驱动方案主要有矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)两种,DTC方法关注转矩环和磁链环的反馈,控制结构简单,且鲁棒性好,与同步磁阻电机高转矩响应的特点相契合。而目前的同步磁阻电机直接转矩控制方案中,转子位置信息的获取多依赖于光电编码器等位置传感器。但在实际应用中,位置传感器的加装一方面会使电机体积变大,接线更复杂,甚至带来同心度偏移的问题,另一方面,在高温潮湿等环境下,传感器的检测精度明显下降,进而影响系统的可靠性。对此,本文以降低系统成本和提高系统可靠性为目标,针对同步磁阻电机直接转矩控制方法展开研究。首先,对同步磁阻电机运行原理进行阐述,并构建其在不同坐标系下的数学模型。在对基于定子磁链模型的无传感器直接转矩控制方案(SFM-DTC)存在的问题进行分析后,提出一种改进滑模观测器设计来实现无位置传感器控制,其中包括一种分段饱和函数的趋近律设计和一种自适应滑模增益设计;提出一种基于瞬时功率理论的磁链补偿策略,其中包括一种基于瞬时有功功率的磁链角度补偿策略和一种基于瞬时无功功率的磁链幅值补偿策略;提出一种基于小信号模型的同步磁阻电机直接转矩控制的稳定性分析方法。而后将上述理论分析进行系统集成,得到了基于改进SMO和磁链补偿策略的同步磁阻电机无传感器直接转矩控制(SMO-FC-DTC)系统。其次,为了验证所提出的无传感器直接转矩控制方案的正确性和有效性,本文在Simulink环境中构建了对应的模型,并在启动性能、抗负载扰动性能等方面,分别对传统有传感器的直接转矩控制、基于定子磁链模型的无传感器直接转矩控制(SFM-DTC)、基于改进SMO和磁链补偿策略的无传感器直接转矩控制(SMO-FC-DTC)进行了详细的仿真测试与分析。由仿真结果知,所提出的SMO-FC-DTC在各个工况下运行良好;在中高速工况下,SMO-FC-DTC相比传统有传感器的直接转矩控制系统在上升时间和稳态转速波动方面相接近,相比于SFM-DTC有效降低了稳态时的转速波动和稳态误差;在低速满载工况下,SFM-DTC无法达到给定转速且转矩脉动明显,而SMO-FC-DTC在该工况下运行良好,有效提高了系统带载能力;在抗负载扰动实验中,SMO-FC-DTC突加突卸负载后转速波动更小,与传统有传感器的直接转矩控制相接近。因此,本文所提出的基于改进SMO和磁链补偿策略的无传感器直接转矩控制系统动态性能和静态性能均较好。最后,设计了同步磁阻电机无传感器直接转矩控制系统的软硬件方案,搭建了对应的实验平台,并基于Code Composer Studio软件完成代码的编写工作。基于该实验平台,分别对传统有传感器的同步磁阻电机DTC系统、基于定子磁链模型的同步磁阻电机无传感器DTC系统、基于改进SMO和磁链补偿策略的同步磁阻电机无传感器DTC系统进行启动性能测试和抗负载扰动性能测试。对实验结果分析可知:本文提出的同步磁阻电机无传感器DTC算法在各个工况下均运行良好,同时在启动时间、稳态波动和受负载冲击后的速度波动、恢复时间等方面与有传感器DTC方法相接近,明显优于基于定子磁链模型的同步磁阻电机无传感器DTC方法,可以保证在去除位置传感器、降低系统成本的同时,保证系统总体性能良好。

关键词：同步磁阻电机直接转矩控制无位置传感器滑模观测器瞬时功率理论

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基于单电流传感器的永磁同步电机矢量控制

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机械研究与应用 2023年第6期36卷 157-161,165页

作者：王海清李世孝海军装备部甘肃兰州730000 甘肃省航空电作动重点实验室甘肃兰州730000

永磁交流伺服驱动系统一般需要霍尔传感器采集电机转子位置信息和三相绕组电流信息。针对现代电机控制过程中至少需要使用4个电流或位置传感器的问题,将改进后的电流重构技术与滑模控制技术相结合,实现了基于单电流传感器对永磁同步电机... 详细信息

永磁交流伺服驱动系统一般需要霍尔传感器采集电机转子位置信息和三相绕组电流信息。针对现代电机控制过程中至少需要使用4个电流或位置传感器的问题,将改进后的电流重构技术与滑模控制技术相结合,实现了基于单电流传感器对永磁同步电机的FOC控制。其中改进的电流重构技术仅通过测量电压源逆变器的母线电流来实现。通过算法优化最终利用一个电流传感器实现了闭环控制,此举提高了系统可靠性,降低了系统成本。

关键词：矢量控制电压源逆变器电流重构无位置传感器直流母线电流

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