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无刷直流电机无位置传感器起动与控制技术研究

无刷直流电机无位置传感器起动与控制技术研究

引用

作者：朱万平南京航空航天大学

学位级别：硕士

无刷直流电机的运行需要进行换相控制,传统的无刷直流电机控制系统依靠位置传感器来反馈转子位置以为电子换相装置提供换相信号,而位置传感器的使用也带来了一些弊端,位置传感器对于安装精度要求较高、多加的信号线易受干扰、位置传感... 详细信息

无刷直流电机的运行需要进行换相控制,传统的无刷直流电机控制系统依靠位置传感器来反馈转子位置以为电子换相装置提供换相信号,而位置传感器的使用也带来了一些弊端,位置传感器对于安装精度要求较高、多加的信号线易受干扰、位置传感器不适宜用于高温潮湿的工程场合,无位置传感器控制技术能够拓展工程场合无刷直流电机的应用。本文设计了一套DSP全数字控制系统,对无位置传感器控制技术进行研究。研究了反电势过零点检测方法,对其中存在的问题进行分析解决,为反电势检测方法的硬件设计与软件补偿方法提供理论参考。针对数字控制系统,根据电机数学模型以及数字控制的离散公式推导建立了电流参考模型,该方法与实际数字控制系统较为接近,能够对转速进行观测。本文提出利用电流参考模型为起动过程提供转速参考。针对传统的三段式开环起动电流大、易受负载影响的种种弊端,在转矩控制模式的基础上,根据有位置传感器的起动特性导出基于I-f恒流升频的单电流闭环起动方法,对整个起动加速过程做了理论公式推导,对影响起动过程的要素做了详细分析,结合电感法解决了I-f恒流升频起动方法存在的反转以及振荡较大的问题。利用MATLAB/Simulink建立了I-f恒流升频起动与反电势法运行控制的系统仿真模型进行仿真分析,理论与仿真分析相符。最后,介绍了系统软硬件的实现方案和调试过程。实验结果验证了上述理论和仿真分析的正确性,能够顺利起动电机,具有较高的鲁棒性,并能适应一定的负载变化;在起动时电流模型参考模型可以提供较为准确的转速参考,从单电流闭环起动控制顺利切换至反电势法正常运行。

关键词：无刷直流电机无位置传感器电流参考模型单电流闭环

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永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究

永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究

引用

作者：张耀中浙江大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)具有功率密度大、结构简单、效率高等诸多优点,在家用电器领域得到了广泛应用。为了实现永磁同步电机的高性能控制,需要获取准确的转子位置信息,但机械式位置传感器的安装会带来成本上升、体积增加、维护困难等问题... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)具有功率密度大、结构简单、效率高等诸多优点,在家用电器领域得到了广泛应用。为了实现永磁同步电机的高性能控制,需要获取准确的转子位置信息,但机械式位置传感器的安装会带来成本上升、体积增加、维护困难等问题。为此,本文对永磁同步电机的无位置传感器矢量控制策略进行了研究,设计了无位置传感器控制整体方案,这对实现永磁同步电机无位置传感器控制实用化具有重要意义。本文的主要研究工作包括：一、研究了永磁同步电机转子位置及转速估计算法。针对磁链观测器算法的直流偏置问题,采用低通滤波器代替纯积分器,并在极坐标系下对其相位及幅值误差分别进行补偿,提高了观测精度。基于电机数学模型设计了滑模观测器算法,研究了削弱抖振的方法,采用锁相环模块改善观测效果。结合实验结果,对两种算法进行了分析比较,并选取磁链观测器法作为本方案的位置及转速估计算法。二、对无位置传感器宽调速范围运行控制进行了研究,设计了控制系统整体方案。分析了VF控制和IF控制这两种低速开环启动方法,针对洗衣机工况特点,采取IF控制方式进行启动,从而避免启动过程出现过流、失步等故障情况,并设计了新的状态切换策略,保证系统平滑可靠地从开环启动模式切换至矢量控制闭环模式。研究了弱磁扩速技术,对弱磁原理及过程进行了分析,采用了直轴电流直接给定方法进行弱磁控制。最后,对无位置传感器控制系统整体方案的具体实现进行了分析和设计。三、基于TMS320F28027完成了软硬件系统设计,实现了本文所提出的无位置传感器矢量控制方案,并将其应用在变频洗衣机平台上。实验结果证明,控制系统能够可靠稳定运行,控制性能良好,噪声小,具有较大的实用价值。

关键词：永磁同步电机无位置传感器磁链观测器滑模观测器启动策略 IF控制弱磁控制

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一种永磁同步电机无位置传感器驱动装置

一种永磁同步电机无位置传感器驱动装置

引用

作者：杨凯杨星星谢鸿钦罗成王晓光 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号

本实用新型公开了一种永磁同步电机无位置传感器驱动装置。包括一个用于修正电压合成矢量速度的转速稳定环，以及一个用于实现矢量控制的电压幅值修正环。本实用新型所设计的永磁同步电机无位置传感器驱动装置，从本质上解决了电机运行... 详细信息

标准号: CN204993145U

本实用新型公开了一种永磁同步电机无位置传感器驱动装置。包括一个用于修正电压合成矢量速度的转速稳定环，以及一个用于实现矢量控制的电压幅值修正环。本实用新型所设计的永磁同步电机无位置传感器驱动装置，从本质上解决了电机运行过程中易失步崩溃的问题，同时提出了新的矢量控制算法，从而实现无位置传感器、电机相电流正弦、转矩脉动小、低噪音、系统稳定、可靠、高效运行。

关键词：无位置传感器永磁同步电机驱动装置矢量控制算法电机相电流电机运行电压幅值高效运行合成矢量矢量控制系统稳定修正电压转矩脉动转速稳定低噪音修正环实用失步一种正弦崩溃可靠设计公开解决

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电动汽车牵引电机无位置传感器弱磁控制技术研究

电动汽车牵引电机无位置传感器弱磁控制技术研究

引用

作者：沈辉上海交通大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻且功率密度大等显著优点，因而在电动汽车上得到广泛应用。根据电动汽车的行驶工况，要求电机在启动和加速爬坡时具有良好的过载能力，在公路巡航时具有较宽的调速范围。在逆变器容量不变的情况下... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻且功率密度大等显著优点，因而在电动汽车上得到广泛应用。根据电动汽车的行驶工况，要求电机在启动和加速爬坡时具有良好的过载能力，在公路巡航时具有较宽的调速范围。在逆变器容量不变的情况下，采用弱磁控制能够拓宽PMSM的恒转矩运行区域，提高电动汽车的启动能力、加速能力及低速爬坡能力。此外，为了在降低成本的同时提高电机控制系统的可靠性，研究PMSM的无位置传感器控制也具有重要意义。\n 论文详细分析了永磁同步电机的在不同坐标系下的数学模型，并介绍了矢量控制技术和空间脉宽调制（SVPWM）技术。基于永磁同步电机在定子电流相平面内的特性曲线，研究了全速范围内电机的弱磁运行区域和电流轨迹，提出了一种基于非线性电流补偿的永磁同步电机弱磁控制方案。此外，为降低成本以及提高位置转速观测的精确性和鲁棒性，提出了一种带有柔性开关函数的滑模观测器，用于实现永磁同步电机的无位置传感控制，同时减弱了传统滑模观测器固有的抖振特性。然后，通过MATLAB/SIMULINK建立了系统仿真模型，基于实际车辆行驶工况，对基于滑模观测器的PMSM无传感器弱磁控制系统进行仿真验证。最后，搭建了永磁同步电机弱磁控制系统的实验平台，实验结果很好地验证了本文提出的弱磁控制策略的可行性。

关键词：电动汽车永磁同步电机无位置传感器牵引电机弱磁控制

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一种无位置传感器电机驱动器

一种无位置传感器电机驱动器

引用

作者：戴晖吴越媛汤建华朱皓 200233 上海市徐汇区桂平路680号

本实用新型公开了一种无位置传感器电机驱动器，包括CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块和功率电路模块，所述CPU控制模块包括电机启动模块、启动运行切换模块、惯量控制模块和转速电流控制模块；所述数字电路模块... 详细信息

标准号: CN205377728U

本实用新型公开了一种无位置传感器电机驱动器，包括CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块和功率电路模块，所述CPU控制模块包括电机启动模块、启动运行切换模块、惯量控制模块和转速电流控制模块；所述数字电路模块包括反电势过零检测数字电路模块、换相模块和转速测量模块；所述信号采集与调理模拟电路模块包括反电势信号调理电路模块、相电流信号采集电路模块和反电势过零检测模拟电路模块。本实用新型通过CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块、功率电路模块，能够在无位置传感器的情况下，可靠地控制直流无刷电机带动隔膜往复式压气机启停。

关键词：模拟电路模块数字电路模块信号采集调理反电势过零检测功率电路模块本实用新型无位置传感器电机驱动器采集电路模块电流控制模块调理电路模块往复式压气机无位置传感器直流无刷电机转速测量模块反电势信号相电流信号电机启动换相模块控制模块运行切换惯量启停隔膜

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永磁同步电机无位置传感器控制系统的研究与设计

永磁同步电机无位置传感器控制系统的研究与设计

引用

作者：陈凯华中科技大学

学位级别：硕士

由于正弦波永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,以下简称PMSM)具有体积小、结构简单、效率高等优点,采用PMSM的控制系统越来越广泛地应用在电动汽车、工业控制等领域。传统的调速系统采用机械式传感器来获取转速,机械式... 详细信息

由于正弦波永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,以下简称PMSM)具有体积小、结构简单、效率高等优点,采用PMSM的控制系统越来越广泛地应用在电动汽车、工业控制等领域。传统的调速系统采用机械式传感器来获取转速,机械式传感器的使用会给其带来一定的负面影响。无位置传感器控制技术可以提高系统可靠性、降低系统成本,受到了学者们的广泛关注。本文在分析国内外相关文献的基础上,对PMSM无位置传感器技术进行了深入的研究。本文首先详细分析了PMSM的数学模型,建立了PMSM磁场定向控制方案。并在此基础之上分析了滑模观测器的结构和工作原理,设计了适用于隐极性和凸极性电机的转速提取方案,并研究了一种改进方案来抑制传统滑模观测器的抖振,构建了基于改进滑模观测器的PMSM无位置传感器系统仿真模型。其次,介绍了自适应观测器的工作原理,设计了适用于PMSM的自适应观测器转速估算方案,通过仿真分析来设计合理的反馈矩阵增益,改善了系统的性能,并构建了基于自适应观测器的无位置传感器系统仿真模型。然后,在分析单相母线小电容PMSM驱动系统特性的基础之上,本文研究了单相母线小电容驱动系统的电流控制策略,并将所研究的两种估算方案进行对比,分析适用于该控制系统的无位置传感器控制策略,设计了适用于空调压缩机的一种单相母线小电容的IPMSM无位置传感器控制方案。本文最后搭建了基于数字信号处理器TMS320F28335的PMSM无位置传感器控制实验平台,并对所设计的基于滑模观测器和基于自适应观测器的转速估算算法进行了实验研究及分析。

关键词：正弦波永磁同步电机矢量控制无位置传感器母线小电容数字信号处理器

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基于脉振高频信号注入SPMSM低速无位置传感器技术研究

基于脉振高频信号注入SPMSM低速无位置传感器技术研究

引用

作者：李洁南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的无位置传感器控制技术得到了广泛的关注和发展。由于PMSM无位置传感器技术的关键和难点集中在零速和低速阶段,并且表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magne... 详细信息

近年来,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的无位置传感器控制技术得到了广泛的关注和发展。由于PMSM无位置传感器技术的关键和难点集中在零速和低速阶段,并且表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)作为应用最广的一类PMSM,其无位置传感器控制研究更为迫切。因此,本文基于脉振高频信号注入法,围绕SPMSM在零速和低速下的无位置传感器技术来展开研究。本文首先介绍了PMSM及其控制技术的发展现状,并对现有的PMSM无位置传感器控制技术做了重点介绍。其次分析了PMSM的数学模型和矢量控制的基本原理,选取了id=0的控制策略。对比分析了逆变器的调制策略,并为无位置传感器控制做准备,选取了三相载波SPWM的逆变器调制方式。搭建了有位置传感器SPMSM矢量控制仿真模型,仿真结果验证了系统具有良好的控制性能。然后研究了SPMSM的“饱和凸极性”和脉振高频信号注入法的基本原理,结合三相载波SPWM中的载波频率成分信号提出一种转子初始位置检测新方法,从而避免二次注入其它形式的信号来判别转子磁极,有效地改善了现有的无位置传感器初始位置检测方法中存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。实现了从初始位置检测到低速起动运行的无位置传感器控制。另外,考虑逆变器非线性效应对无位置传感器控制估计精度的影响,采用相电压补偿策略以提高无位置传感器控制的位置估计精度。分别搭建了初始位置检测、低速起动运行和非线性效应补偿的仿真模型,仿真结果验证了所提方案的正确性和合理性。最后介绍了本文所用实时控制系统实验平台,并详细介绍了软硬件的设计思路和流程。针对一台1.5k W的SPMSM进行了实验研究,实验结果验证了所提方案的可行性。

关键词： SPMSM 无位置传感器脉振高频信号注入法三相载波SPWM 非线性效应

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开关磁阻电机位置传感器故障诊断与低速无位置传感器方法研究

开关磁阻电机位置传感器故障诊断与低速无位置传感器方法研究

引用

作者：胡荣光南京航空航天大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单、成本低、控制灵活、调速性能好、容错性能强等优点,吸引了国内外学者的广泛关注,目前已成功应用于航空航天、电动车驱动、家用电器、工业应用等众多领域中。开关磁阻电机的... 详细信息

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单、成本低、控制灵活、调速性能好、容错性能强等优点,吸引了国内外学者的广泛关注,目前已成功应用于航空航天、电动车驱动、家用电器、工业应用等众多领域中。开关磁阻电机的运行需要实时转子位置信息,但是传统的光电、磁敏等硬件位置传感器通常和电机本体装配在一起,不仅增加了成本和体积,而且当电机工作在高温、潮湿、多粉尘等恶劣环境下时,位置传感器容易发生故障。因此,研究位置传感器的故障诊断和容错控制,以及无位置传感器技术,将有助于提高开关磁阻电机的应用潜力。本文通过分析开关磁阻电机方波位置信号,提出一种基于边沿时刻预测的位置信号故障诊断方法。该方法利用相邻三个边沿时刻预测第四个边沿时刻,与实际边沿时刻进行对比,来判断位置传感器是否故障。该算法能够准确诊断故障恢复后位置信号是否正常。能独立诊断各相位置信号,且能适用于电机加减速频繁的应用场合,并可以推广应用到其他具有矩形波式位置信号的电机的故障诊断故障诊断。同时针对传感器的故障,提出了相应的故障容错控制方法。最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可靠性。当所有位置传感器都发生故障时,则无法再获得位置信号,因此本文研究了基于高频正弦信号注入的无位置传感器方法,推导了注入高频信号模型,以及位置估算的方法,通过滤波和一系列的坐标变换,得到实时转子位置,并通过实验实现了该方法的低速无位置传感器运行。针对高频信号注入方法的一些局限性,本文还研究了基于PWM控制的低速无位置传感器方法。即利用可以等效为高频正弦信号注入的PWM信号作为驱动信号来控制电机运行。介绍了该PWM信号的产生并通过频谱分析说明了其等效原理,引入了移相相减的方法来简化位置信息的解算过程,并保证了位置估算精度,最后通过仿真和实验,验证了该方法的可行性。

关键词：开关磁阻电机位置传感器故障诊断无位置传感器高频信号注入 PWM控制

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无刷直流电机无位置传感器控制技术研究

无刷直流电机无位置传感器控制技术研究

引用

作者：王明辉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的快节奏发展和高性能永磁材料的应用,无刷直流电机作为一种机电一体化产品便应运而生。无刷直流电机在工业、家用和消费电子等各个领域应用广泛。电机转动一般需要霍尔传感器。而在极端(如高温度、高湿度)条件下,霍尔... 详细信息

随着电力电子技术的快节奏发展和高性能永磁材料的应用,无刷直流电机作为一种机电一体化产品便应运而生。无刷直流电机在工业、家用和消费电子等各个领域应用广泛。电机转动一般需要霍尔传感器。而在极端(如高温度、高湿度)条件下,霍尔传感器是无法使用的。为了解决霍尔传感器带来的应用场合限制,研究人员提出了多种无位置传感器情况下的换相方法。主要思路有两种:一种是基于反电动势的过零点,一种是基于电机模型直接计算,或者结合现代控制理论观测反电动势以及磁链。在方波控制的无刷直流电机中比较常用的是第一种,在正弦波控制的无刷直流电机中则常用第二种。本文综述了前人对于无刷直流电机的发展历史以及控制方法的研究成果。并对无刷直流电机的基本原理进行了深入的分析,构建了其数学模型,并设计了完整的方波驱动的有位置传感器情况下的控制系统。并对双闭环和四象限控制进行了改进。给后续的工作提供了比较的基准。在介绍常用的方波驱动的无位置和有位置传感器无刷直流电机控制方法的基础上,详细研究了两种反电势检测方法的控制原理,并对三段式起动方法进行了分析。在对起动方法的研究中,对于一般的三段式起动进行了设计。深入研究了直接反电动势过零检测方法,分析了其原理、模型和控制算法。对于控制系统进行了仿真,验证了可行性。详细分析了正弦波无位置传感器控制下的状态观测器算法,使用了正交锁相环,设计相关参数,并对控制程序进行了完整的设计和编写,仿真验证了此系统的可行性。基于STM32F103设计实现了三种控制算法的数字控制系统,并将实验结果进行对比分析。

关键词：无刷直流电机无位置传感器直接反电动势法状态观测器

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永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

引用

作者：路亚洁南开大学

学位级别：硕士

随着伺服控制系统越来越多的应用，以及永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor，PMSM)自身的结构特点，基于PMSM的伺服驱动系统在工业生产等领域得到了广泛应用。高性能的永磁同步电机伺服驱动系统需要安装位置传感器以实时... 详细信息

随着伺服控制系统越来越多的应用，以及永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor，PMSM)自身的结构特点，基于PMSM的伺服驱动系统在工业生产等领域得到了广泛应用。高性能的永磁同步电机伺服驱动系统需要安装位置传感器以实时获得转子位置和电机转速。但是，高精度的位置传感器增加了系统成本，降低了可靠性，对使用环境要求也较高，应用范围受到限制。因此，本文针对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行了研究。\n 本文首先从永磁同步电机的物理模型出发，研究了其在静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型，简化最大转矩/电流控制算法，构建了内置式永磁同步电机伺服控制系统。深入研究了高速段无位置传感器运行算法，设计合理的滑模观测器并优化其控制性能;针对低速段运行反电势过小无法检测的问题，采用改进的高频方波信号注入法获取平稳准确的观测转子位置和转速;提出基于指数函数的加权平均算法，实现电机高低速过渡时平稳运行;并在高频方波信号注入法的基础之上，利用电机的磁路饱和特性，对电机启动前的转子初始位置进行检测，实现电机在无位置传感器条件下的启动运行。\n 最后，本文在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型，对研究的算法进行了仿真。仿真结果证明了本文提出算法的正确性和有效性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制算法滑模观测器高频方波信号

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