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基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器驱动系统设计

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器驱动系统设计

引用

作者：孙涛江苏大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有的功率密度高、维护简单等优点，在智能自动化驱动领域有着广泛的应用，并已经逐步取代了传统的直流电动机驱动系统。伴随着功率半导体和信息电子技术的发展，永磁同步电机驱动系统的性能得到了空前有效的提升。然而，... 详细信息

永磁同步电机具有的功率密度高、维护简单等优点，在智能自动化驱动领域有着广泛的应用，并已经逐步取代了传统的直流电动机驱动系统。伴随着功率半导体和信息电子技术的发展，永磁同步电机驱动系统的性能得到了空前有效的提升。然而，额外的位置传感器如光电编码器、旋转变换器等作为高性能永磁同步电机驱动系统必不可少的换向信号判断装置不仅增加了系统成本，而且降低了系统的可靠性。为此，研究人员提出无位置传感器技术用于克服该类电机驱动系统上的述问题。本文在研究国内外已有成果的基础上，将滑模控制算法引入到永磁同步电机无位置传感器控制技术中，提高了转子位置识别精度。本文的主要工作如下：　　首先，介绍了永磁同步电机发展现状和分类，构建了永磁同步电机的数学模型，推导了电机坐标变换公式，从理论上证明坐标变换可以将高阶、强耦合的永磁同步电机有效实现励磁、转矩独立控制的简化结构，为电机高性能控制提供理论依据。同时，对现有永磁同步电机控制策略进行了研究，并重点研究了id=0控制技术在永磁同步电机驱动系统的应用。　　其次，深入学习滑模控制器的工作原理，设计了滑模切换面和控制函数。构建了滑模电流观测器，将其与永磁同步电机数学模型相结合。基于Matlab/simulink搭建了相关仿真模型，验证了该无位置传感器的有效性和可行性。　　再次，基于TMS320F28335控制核心构建了永磁同步电机无位置传感器驱动控制系统，主要包括功率逆变器、信号采样调理电路及系统保护电路。通过结合流程图给出了主要程序如坐标变换、位置采样、无位置检测等的工作原理及设计思路，并在CCS6.0集成软件环境下编写了相应控制系统的模块化程序。　　最后，搭建了驱动系统实验平台，对论文研究内容展开实验研究。并与有位置传感器的电机驱动系统对比，验证了该算法的有效性。

关键词：永磁同步电机驱动系统滑模观测器无位置传感器

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一种无位置传感器无刷直流电机闭环控制系统设计

一种无位置传感器无刷直流电机闭环控制系统设计

引用

作者：郑直南京理工大学

学位级别：硕士

多旋翼无人机操控方便,具备良好的机动性,近年来发展迅速。多旋翼无人机的驱动器是机体完成航行任务的保障,其动态性能和稳态精度决定了无人机的运动性能,随着多旋翼无人机应用场景的越来越广阔,对机上电机驱动器提出了更高的性能要求... 详细信息

多旋翼无人机操控方便,具备良好的机动性,近年来发展迅速。多旋翼无人机的驱动器是机体完成航行任务的保障,其动态性能和稳态精度决定了无人机的运动性能,随着多旋翼无人机应用场景的越来越广阔,对机上电机驱动器提出了更高的性能要求。针对现有无人机上方波驱动方案鲜有闭环调速功能的问题,本文设计了一种双闭环调速系统,并对控制算法、抗风扰性能进行了研究。本文主要内容如下:(1)分析了无位置传感器无刷直流电机的运行原理,比较了正弦波驱动和方波驱动方式的不同。本系统采用的是方波驱动方式,故对此驱动方式下的无刷直流电机建立数学模型,为后续的工作打下良好的理论基础。(2)采用Matlab软件对系统进行仿真分析,评估设计方案的可行性。根据建立的数学模型设计了双闭环控制系统,并设计了两种转速环控制器:模糊PID控制器和自适应积分滑模控制器。系统电流环均为PID控制器。为模拟环境中风场对控制系统的干扰,对常见的风场建立了模型,并在仿真模型中加入了模拟风扰的转矩干扰。随后搭建了基于上述控制器的Simulink模块进行仿真实验,并通过PID参数调整、利用趋近律和替换切换函数的方式削弱滑模控制中的抖振现象,改善系统的动态性能和稳态精度。仿真结果表明:自适应积分滑模控制具有更好的抗扰动性能。(3)根据控制系统设计需求,完成了电机控制系统的软硬件设计。硬件设计包括主控芯片、电源模块、隔离模块、逆变模块和采样模块。在器件选型时选择性能良好、体积小的器件,详细介绍了相应外围电路的设计。软件设计包括启动程序、反电动势检测换相程序、闭环调速程序、采样程序,其中闭环调速程序包含了模糊PID控制器和自适应积分滑模控制器两种模块,设计的子程序思路及程序流程图均做了详细的说明。(4)在软硬件设计基础上搭建实验平台。首先分析了测试过程中电路中出现的各种现象,并针对性地给出了改进方案,进一步完善系统设计。然后进行了在不同控制器控制下、装载不同桨叶和处于不同风速的风场下的控制系统实验,实验结果表明电机控制系统在4级风的环境下抗风扰性能良好,验证了本系统的可行性。

关键词：无位置传感器无刷直流电机自适应积分滑模控制 STM32 多旋翼无人机

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车用永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

车用永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

引用

作者：徐达贵州大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有高效率、高功率密度和较强的弱磁升速能力等特点,被广泛应用于电动汽车驱动系统。车用永磁同步电机常采用矢量控制方法,该方法需要准确的转子位置信息作为参考,因此需要转子位置传感器,这增加了电机的体积和成本,为了... 详细信息

永磁同步电机具有高效率、高功率密度和较强的弱磁升速能力等特点,被广泛应用于电动汽车驱动系统。车用永磁同步电机常采用矢量控制方法,该方法需要准确的转子位置信息作为参考,因此需要转子位置传感器,这增加了电机的体积和成本,为了进一步提高永磁同步电机无位置传感器控制性能,本文开展了以下研究工作。(1)分析了永磁同步电机工作原理和数学模型,建立了低速段转子位置辨识方法,在辨识得到的转子位置坐标系下注入高频脉振电压信号,提取含有转子位置误差信息的反馈电流分量,再经转子位置观测器辨识得到转子位置信息;在转子极性辨识中,借助转子磁极饱和效应,应用高频分量幅值来判断转子极性。(2)高速段转子位置辨识应用反电动势观测法,为缓解低通滤波器引发的相位滞后问题,将低通滤波器输出的反电动势信号纳入滑模观测器;在基于锁相环的转子位置辨识环节,借助了正切函数锁相环,实现了高速段正、反转运行转子位置辨识。(3)提出了转子位置辨识方法的切换准则,设计了基于电机转速信息的滞环切换策略,实现了全速段转子位置辨识。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法所辨识的转子位置能够较好地跟踪实际转子位置,且动态特性和鲁棒性较好。(4)结合车用永磁同步电机应用场景,改进设计了矢量控制器,在原有的双闭环PI控制器基础上,将一阶自抗扰控制器和抗饱和PI控制器分别应用于速度环和电流环。仿真结果表明,改进的矢量控制方法具有良好的动态响应特性。(5)针对无位置传感器控制系统稳定性受到电流畸变影响的问题,对逆变器开关的非线性特性进行了建模,提出了在线调节各相死区时间的方法,建立了MATLAB/Simulink仿真模型。结果表明,在缺少精确转子位置信息的情况下,所提的在线调节死区时间方法较好地缓解了逆变器输出电流的畸变。

关键词：电动汽车永磁同步电机无位置传感器转子位置辨识控制器设计

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一种电机无位置传感器监控设备

一种电机无位置传感器监控设备

引用

作者：吕德刚李坤代楠 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号

本实用新型涉及一种电机无位置传感器监控设备，包括外壳和马达，所述外壳的内部中间设有马达，且马达通过底座固定安装在外壳的内部底端，所述马达的一端连接安装有无位置传感器，无位置传感器的一侧设有走线孔，且走线孔开设在外壳的... 详细信息

标准号: CN213151841U

本实用新型涉及一种电机无位置传感器监控设备，包括外壳和马达，所述外壳的内部中间设有马达，且马达通过底座固定安装在外壳的内部底端，所述马达的一端连接安装有无位置传感器，无位置传感器的一侧设有走线孔，且走线孔开设在外壳的一侧内部，所述外壳的外部底端两侧固定安装有固定块，固定块的内部贯穿开设有螺孔，螺孔的内部插入有螺钉。本实用新型利用外壳对电机提供安装位置以及保护，防止其受到外部灰尘侵扰或者碰撞损坏，在外壳的一侧设有风扇和另一侧设有出风口，通过配合对安装在外壳内的马达进行散热，防止高温损坏，并且在外壳内部一侧安装有监控头，用于监控无位置传感器，便于工作人员得知无位置传感器是否正常工作。

关键词：无位置传感器马达本实用新型固定块走线孔底端螺孔电机位置传感器高温损坏监控设备碰撞损坏外壳内部一端连接螺钉出风口监控头风扇散热外部侵扰底座监控贯穿配合

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无位置传感器无刷直流电机监测与控制系统设计

无位置传感器无刷直流电机监测与控制系统设计

引用

第十六届中国航空测控技术年会

作者：唐博曲志伟范正鑫航空工业沈阳兴华航空电器有限责任公司

针对无刷直流电机,无位置传感器法已成为主流的电机控制方式。阐述了无位置传感器无刷直流电机监测与控制系统的基本原理与硬件组成,设计了电源电路、主控芯片外围电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、反电动势采集电路、电流采集电... 详细信息

针对无刷直流电机,无位置传感器法已成为主流的电机控制方式。阐述了无位置传感器无刷直流电机监测与控制系统的基本原理与硬件组成,设计了电源电路、主控芯片外围电路、功率驱动电路、三相桥式逆变电路、反电动势采集电路、电流采集电路、电压采集电路、温度采集电路、通信电路,并结合软件设计,实现了无刷直流电机的无位置启动与稳定运行,实时监测电机的运行状态,提高了系统的安全性与可靠性。

关键词：无位置传感器监测控制可靠性

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无位置传感器永磁同步电机的多目标优化设计

无位置传感器永磁同步电机的多目标优化设计

引用

2019年全国小功率电机科技创新研讨会

作者：徐磊林明耀江苏大学电气信息工程学院镇江 212013 东南大学电气工程学院南京 210096

针对无位置传感器控制下永磁同步电机起动困难，调速范围内位置估算可靠性低等问题，本文从电机结构入手，提出永磁同步电机多目标优化设计方法，提高无位置控制算法在永磁同步电机中的适用性。首先，分析了采用无位置传感器控制算法的... 详细信息

针对无位置传感器控制下永磁同步电机起动困难，调速范围内位置估算可靠性低等问题，本文从电机结构入手，提出永磁同步电机多目标优化设计方法，提高无位置控制算法在永磁同步电机中的适用性。首先，分析了采用无位置传感器控制算法的永磁同步电机驱动系统的结构特征及运行特性。其次，以一台6极9槽内置V型永磁同步电机为优化案例，分析比较了位置估算方法与电机结构参数的关系。基于敏感度分析，研究了电机转子结构参数和定子结构参数对电机凸极率、反电动势正弦度和效率的影响程度。在此基础上，结合电机结构尺寸、功率等约束条件，构建以电机转矩、转矩脉动、效率为优化目标的多目标优化方程对该V型永磁同步电机进行优化设计。最后通过对比优化前后电机电磁性能、转矩特性等验证优化算法的有效性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器多目标优化敏感度分析

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永磁同步电机无位置传感器宽速域控制技术研究

永磁同步电机无位置传感器宽速域控制技术研究

引用

作者：王叡琦哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于永磁同步电机的转子不需要电源,所以相比于感应电机具有体积小、质量轻、效率高等优点,因此得到了广泛应用。然而,它的缺点之一是要根据转子磁极的位置来控制电流的相位,这就要使用位置传感器。位置传感器会加大电机的尺寸和重量并... 详细信息

由于永磁同步电机的转子不需要电源,所以相比于感应电机具有体积小、质量轻、效率高等优点,因此得到了广泛应用。然而,它的缺点之一是要根据转子磁极的位置来控制电流的相位,这就要使用位置传感器。位置传感器会加大电机的尺寸和重量并且了降低系统的可靠性,使其在某些应用场合不适用。因此本文对永磁同步电机的零、低速和中、高速的无传感器控制策略进行研究。在分析了永磁同步电机的基本数学模型以后,使用id=0的转速电流环的矢量控制方法,分析了其高频数学模型。为后续零低速采用的高频信号注入法奠定基础。在研究零低速无传感器控制策略时,通过对传统方法产生的转子位置收敛不唯一以及使用滤波器带来的相位延迟缺陷,研究了一种在静止轴系下注入高频正交正余弦信号的方法,该方法再对激励出的高频电流信号解调和一系列的数学运算处理后,提取包含转子位置信息的正弦和余弦信号,消除滤波器的使用带来的不利影响,实现转子位置的精确定位。在研究中高速无传感器控制策略时,考虑到由于逆变器非线性对于传统滑模观测器法带来的谐波影响,提出了一种基于同步频率跟踪滤波的全阶滑模观测器法。该方法用全阶滑模观测器代替了传统的二阶滑模观测器,避免了由于使用滤波器带来的相位延迟缺陷。并使用一种同步频率函数对观测的扩展反电势信号进行滤波,该滤波器通过追踪当前变化的定子电流,滤除掉不属于跟踪信号的谐波,实现对定子电流的静态跟踪。转子位置和速度中谐波含量明显得到明显抑制,且转子位置误差明显降低。为进一步验证算法,在Matlab/Simulink上建模,并利用实验室现有的内置式永磁同步电机和dSPACE半实物半仿真平台进行硬件实验验证。结果表明,本文设计的位置估计方法在一定程度上提高了位置观测的准确性,达到了预期目标。

关键词：永磁同步电机正交正余弦信号注入全阶滑模观测器同步频率跟踪滤波无位置传感器

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电梯驱动用PMSM无位置传感器控制技术的研究

电梯驱动用PMSM无位置传感器控制技术的研究

引用

作者：李淑贤安徽理工大学

学位级别：硕士

随着永磁同步电机(PMSM)控制技术的迅猛发展以及观光电梯的广泛使用,永磁同步电动机越来越多的应用于电梯系统。为了使其拥有优良的控制性能,机械式位置传感器通常就会被用于检测转子位置和转速信息,但在实际使用之中,位置传感器难以维... 详细信息

随着永磁同步电机(PMSM)控制技术的迅猛发展以及观光电梯的广泛使用,永磁同步电动机越来越多的应用于电梯系统。为了使其拥有优良的控制性能,机械式位置传感器通常就会被用于检测转子位置和转速信息,但在实际使用之中,位置传感器难以维护且可靠性很低。为了克服机械式传感器本身的劣势以获得更好的操控效果,需要对电梯驱动用永磁同步电机无位置传感器进行调控。因电梯控制系统的高成本及其高繁琐程度,本课题讨论了电梯的永磁同步电机无位置传感器控制策略,主要讨论的是基于旋转高频电压信号注入法的永磁同步电机无位置传感器控制策略。此次使用的是内置式永磁同步电机,所做的内容如下。本文开始的部分主要论述的是无位置传感器控制方法并分成了中高速和低速段各自使用的方法,搭建出在不同坐标系之下的永磁同步电机的数学模型,采取了矢量控制方法来对电梯进行控制。其次,核心内容是髙频信号注入法的基本理论。在低速域中使用高频电压注入方法,并且通过使用估计的同步旋转坐标系的高频电流分量来引入位置的自适应调整,依据所用方法的机理进行了转子位置检测并据磁路饱和的理论设计了转子位置观测器,改进了信号解调模块,并对最后结果进行仿真分析。当处于中速或者在高速的时候使用了滑模观测器并描述了其设计和滑模变结构的理论。使用其中的一种方法无法对全速段精确操控因而需通过加权函数将两种方法结合,使得两种方法之间可以更为平滑的过渡,达到对转子位置与转速的操控。最后,在MATLAB中对滑模观测器和复合控制进行仿真对比分析,通过最后的波形可以看出在两种方法的过渡区间里没有很大的波动,呈现平稳状态,以此可以得出使用复合的方法可以提高对电机准确的控制与跟踪性能。通过仿真实验曲线得出本文研究的电梯无位置传感器调控方法能够达到对电梯的良好操控,具有较好的参考价值。图[87]表[8]参[63]

关键词：永磁同步电机无位置传感器高频注入法滑模观测器复合控制

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基于电感阀值法的开关磁阻电机无位置传感器控制研究

基于电感阀值法的开关磁阻电机无位置传感器控制研究

引用

作者：邵雨楠南京信息工程大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机由于具有结构简单、容错能力较强、控制方式灵活等优点,受到国内外学者和研究机构的广泛关注,近年来已经在家用电器、新能源汽车、航天航空等领域得到应用。转子位置检测是开关磁阻电机运行的前提,目前常用的方法是借助位... 详细信息

开关磁阻电机由于具有结构简单、容错能力较强、控制方式灵活等优点,受到国内外学者和研究机构的广泛关注,近年来已经在家用电器、新能源汽车、航天航空等领域得到应用。转子位置检测是开关磁阻电机运行的前提,目前常用的方法是借助位置传感器获取转子位置信息。但安装位置传感器不仅增加了电机的体积和成本,而且在恶劣的环境下位置传感器容易发生故障,因此研究无位置传感器检测技术具有重要价值。本文针对全周期电感的辨识,研究了一种基于电流斜率差值的全周期电感计算方法。该方法在导通区采用斩波或PWM控制,非导通区注入高频脉冲信号,通过计算电流上升和下降斜率的差值,从而获取全周期电感信息。此方法避免了反电动势和绕组压降对电感估算的影响,能够应用到一系列基于全周期电感的无位置传感器控制算法中。同时针对电机不同的驱动方式,比较了全周电感的计算效果,利用仿真和实验进行了验证。当导通相电流超过电流饱和限或电流在续流阶段时,无法用上述方式直接得到不饱和电感信息,因此本文研究了一种基于非导通相电感双阀值法的低速无位置传感器控制方法,将非导通相不饱和电感与选取的电感阀值比较,得到一相的开通信号和另一相的关断信号,能够实现电机在无位置传感器控制下带载运行。同时提出了一种电感动态阀值法,通过建立角度-电感的数学模型,能够实现电机开通关断角的动态调节。针对电机静止起动的控制策略,提出了一种转子初始位置检测方法,能够实现电机在任意位置静止起动。最后基于上述电感阀值法估计的换相脉冲,研究了一种利用估计脉冲计算电机转速和转子位置角的方法,通过仿真和实验对上述方法分别进行了验证。针对非导通相注入高频脉冲对电机运行性能的影响,本文在非导通相全注入高频脉冲法的基础上,分别研究了两种不同的注入方式。当非导通相电感下降到设定的电感阀值后,分别采取停止脉冲注入和提高注入的脉冲频率两种措施,能有效减小响应电流峰值,通过仿真和实验对上述三种方法进行了分析比较,验证了所研究的这两种方法的正确性。针对电机中高速运行阶段,研究了一种基于电感顶部阀值法的转子位置估计方法。利用电感阀值与电感顶部不饱和区域相交得到估计脉冲,从而计算电机转速和转子位置。同时研究了一种利用估计脉冲实现电机低速和中高速算法切换的方法,能够实现电机在全速范围内的无位置传感器控制,最后通过仿真验证了该方法的可行性。

关键词：开关磁阻电机无位置传感器高频脉冲注入电感阀值

来源：评论

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表贴式永磁同步电机无位置传感器技术研究

表贴式永磁同步电机无位置传感器技术研究

引用

作者：武迪安徽理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机驱动系统在工业控制、日常生活中都有很广泛的应用。在永磁同步电机控制系统中,必须获得准确的转子位置及转速等信息,常用外加硬件位置传感器获得;但是,硬件位置传感器对于应用环境有一定的要求,同时也带来了可靠性低、系... 详细信息

永磁同步电机驱动系统在工业控制、日常生活中都有很广泛的应用。在永磁同步电机控制系统中,必须获得准确的转子位置及转速等信息,常用外加硬件位置传感器获得;但是,硬件位置传感器对于应用环境有一定的要求,同时也带来了可靠性低、系统复杂度高等问题。为了解决硬件位置传感器所产生的问题,提高驱动系统的运行可靠性,无位置传感器技术逐渐成为电机控制领域的研究热点。首先,对永磁同步电机无位置传感器技术研究现状进行了综述,确定了主要研究表贴式永磁同步电机在零速、低速工作状态下无位置传感器控制技术。其次,分析了表贴式永磁同步电机数学模型、矢量控制策略,并仿真验证了有位置传感器时表贴式永磁同步电机的矢量控制策略的有效性;在此基础上,分析了表贴式永磁同步电机高频数学模型、传统高频信号注入法的基本工作原理及其存在的缺陷。进而,采用了一种改进的高频方波电压注入法,以解决传统高频信号注入法中运算量大、相位延时的问题。然后,在Matlab/Simulink仿真环境下,搭建仿真模型,探究了传统高频信号注入法相位延时的问题,并且验证了高频方波电压注入法对传统高频信号注入法改进的有效性。最后,以TMS320F28035为主控芯片,对永磁同步电机无位置传感器控制系统进行软硬件设计,并搭建实验平台。图[56]表[3]参[80]

关键词：表贴式永磁同步电机高频注入法无位置传感器初始位置估算

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