基于信号注入的无速度传感器控制——对Holtz 《Sensorless Control of Induction Machines-With or Wit
基于MRAS的感应电机无速度传感器矢量控制
链不能够直接测得 ,根据式 ( 1) 有 φ p ^ r = A 21 i s + A 22φ ^ r.
( 11)
( 5)
因为 i s 可直接测量得到 ,故由式 ( 5) 求出 φr , 并且 一般可以认为 φr = φ ^ r ,则式 ( 4) 可变为 p ( i s - ^ i s) = ( A 11 + G) ( i s - ^ i s) +
3 电机参数变化对转速辨识的影响
及其补偿
3. 1 电机参数变化对转速估算的影响
由式 ( 7 ) 可知 , 在误差状态方程中 , A 11 中含 有 R s , 显然作为一阶方程 , 由于积分的累积作用 导致 R s 的变化对误差输出 e 影响很大 , 进而影 响到速度估算的效果 , 而 R r 包含于 σ中 , 其位于 转速估算的常数项中 , 对误差输出影响较小 . 因 此 , 用 MRAS 法估算转速的同时需要对定子电阻 同时进行辨识或者对定子电阻变化进行补偿 .
3. 2 对定子电阻变化的补偿
图1 并联型 MRAS 结构图
电压型转子磁链表达式为 u α L s pi α s = R s iα s +σ s + ( L m/ L r ) ・
A m P + PA m = - Q , Pex m - F
T - 1 T
φ ^r
=
A 11 A 21
A ^ 12 A ^ 22
^ is
φ ^r
+
B
0
u s.
( 3)
( 10)
由 MRAS 原理 ,必须选取两个模型的某个参 数输出作为误差反馈 ,在这里 ,考虑到电机模型中 的 i s 较易测量 ,所以选择定子电流作为模型参考 自适应系统的误差反馈量 ,将 i s 与 ^ i s 两者之差作 为广义误差信号 e ,则 e = i s - ^ i s , 将式 ( 1 ) 和 ( 3 ) 的电流项相减并引入反馈增益矩阵 G : p ( i s - ^ i s) = A 11 ( i s - ^ i s) + A 12φr A ^ 12φ ^ r + G ( is - ^ i s) ,
基于高频信号注入的无传感器新型DTC系统
摘要 : 针对传统的直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大 、 开关频率不恒定等问题 ,在分析永磁同 步电机定子磁链坐标系中电压和磁链方程的基础上 ,提出了一种新型的基于空间电压矢量调制的 直接转矩控制方法 ,并采用注入高频信号的方法来估计电机的转速和位置 。通过 Matlab 仿真软件 建立了该控制方法的仿真模型 。仿真结果表明 ,该控制方法能有效地减小电机的磁链和转矩脉动 , 高频信号注入法可以准确估计出电机的转速和位置 ,系统具有良好的动态和静态性能 。 关键词 : 永磁同步电机 ; 直接转矩控制 ; 空间矢量脉宽调制 ; 高频信号注入 中图分类号 : TM351 文献标识码 : A
Fx Fy =
该系统采用双闭环方式 , PI 控制器取代传统的 直接转矩控制中的滞环控制器 , 分别控制转矩和磁 链的误差 。经 PI 控制器后产生电压在定子磁链坐 标系 x2y 上的电压分量 u x 、 u y , 通过坐标变换式 : θ θ ux u α co s - sin ( 8) = θ co s θ uy u β sin 产生控制 SV PWM 的输入参考电压 uα 、 u β , 进而驱 动永磁同步电机 。 β 坐标系下进 其中 , 磁链和转矩的计算是在 α 2 行的 , 如式 ( 9) ～ ( 12) 所示 : ψ α =
ψ 式中 , u d 、 uq 为定子电压的 d 、 q 轴分量 ; ψ d 、 q 为定 子磁链的 d 、 q 轴分量 ; i d 、 i q 为定子电流的 d 、 q轴 ω 分量 ; R s 为定子绕组电阻 ; r 为转子角速度 ; p 为 微分算子 ; L d 、 L q 为电感的 d 、 q 轴分量 ; ψ f 为转子 永磁体磁链 ; np 为电机极对数 。 由图 1 可知 , 转子坐标系 d2q 和定子磁链坐标 系 x 2y 之间的变换公式为 :
基于磁通观察器的感应电机无速度传感器矢量控制系统
福州大学科技发展基金研究项目 。 陈 硕 男 , 1964 年生 , 2000 年获得日本长崎大学博士学位 , 现为福州大学机械工程系副教授 , 研究方向为电力电子技术 、电机控制和机 电一体化 。 Mineo Tsuji 1953 年生 , 1981 年获日本九州大学工学博士学位 , 现为日本长崎大学工学部教授 , 研究方向为电气传动系统与控制 。
( 1)
M
i sq
( 8)
σ e sq = ω L s i sd +
R s +σ L s p i sq
M ω Ψrd + M pΨrq Lr Lr
( 2)
电流模型
0= 0= i sd + τ + p Ψrd τ r r M
式中 ,ω ^r — — — 转速推算值 ,上标 3 表示控制器的变量 图 2 是本文提出的无速度传感器矢量控制调速 系统的结构框图 , 选择适当的电流调节器增益 , 电 流模型的 d 轴电流和 q 轴电流可分别用各自的参考 3 值代替 。令励磁电流参考值 i sd 为一常数 , 式 ( 7 ) 和 ( 8) 可改写为 3 ΨC ( 9) rd = M i sd θ =ω =ω p ^r+
(13) ～ (16) 计算 , 转速由式 ( 17) 推算 , 转速推 算与常规的 MRAS 法 [4 ] ( Model Reference Adaptive System) 原理相近。但是 , 本文的调速系统是建立 在旋转坐标系上 , 电流模型用式 ( 9) 和 ( 10) 简单
别为 300 和 0105 , 磁通观察器增益的倒数 T c 设计 为 01015 ( 电动状态 ) 和 0115 ( 发电状态 ) 。转矩 电流的最大值为 10A , 逆变器的电源电压为 300V 。 图 4 为速度指令从 1200r/ min 到 - 1200r/ min 、 再回到 1200r/ min 阶跃变化时的空载实验结果 , 图 中的 4 条曲线从上至下分别表示电机转速实测值 、 转速推算值 、转矩电流实际值和 q 轴转子磁通推算 值 。当 q 轴转子磁通推算值收敛于零时 , 转速的实 际值和推算值同步收敛于速度指令 , 收敛时间大约 为 014s 。本实验结果表明 , 利用 q 轴转子磁通推算 转速的方案是切实可行的 。 图 5 为速度指令从 400r/ min 到 600r/ min 、再回 到 400r/ min 阶跃变化时的实验结果 , 负载为额定负 载的一半 , 图中的 4 条曲线从上至下分别表示电机 转速实测值、转速推算值、a 相电流实测值和转矩电 流指令值。当电机转速收敛于指令值时 ,转矩电流的
永磁同步电机无速度传感器控制综述
永磁同步电机无速度传感器控制综述李永东,朱昊(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘要:永磁同步电机无速度传感器控制系统,通过测量电机定子侧电流和端电压算出转子位置,替代了传统的机械位置传感器,系统成本低、可靠性较高。
转子位置可由开环算法或通过闭环观测器观测得到。
利用电机的非理想特性来提取转子位置信息,进一步将无速度传感器控制的范围扩展到低速甚至零速。
对永磁同步电机无速度传感器控制策略进行分类,详细介绍了各种速度观测方法,并比较了它们的优缺点。
关键词:永磁同步电机;无速度传感器控制;综述中图分类号:T M 351 文献标识码:AOverview of Sensorless C ontrol of Permanent Magnet Syncoronous MotorsL I Yo ng -do ng ,Z HU H ao(D ep ar tment of Electr ical Engineer ing,Ts inghua University ,Beij ing 100084,China)Abstract:T o achieve senso rless co ntro l o f permanent magnet sy nchro no us moto rs (PM SM ),infor matio n on the r oto r speed is ex tr acted fr om measur ed stato r cur rents and fro m v oltages at moto r terminals.T raditional mechanical po sitio n sensor is replaced,and this results in a low co st and high reliable system.O pen -lo op est-i mator s o r clo sed -lo op obser ver s ar e used for moto r po sitio n estimation.By explo iting the non -ideal pro pert y of moto r to acquire po sition infor mation,senso rless co ntro l is ex tended to low speed range even including zero.A r ev iew of the literature addr essing PM SM senso rless contr ol was pro vided.T he adv antag es and disadvantag es of differ ent senso rless methods wer e discussed in details.Key words:permanent mag net synchr onous mo tor (P M SM );sensor less contro l;o ver view作者简介:李永东(1962-),男,博士,教授,Email:liyd@m ail.ts 1 引言近年来,永磁同步电机调速系统已经成为交流调速传动领域的研究热点。
基于AFO的感应电机无速度传感器控制
机 的估算 定子 电流误差 和观测 出的转子磁链推 导 出转 速 自适 应率 。以观测 器极 点配置 的方 法 ，设计 了一种 快
速 收敛的反馈矩阵 ，保证 了在大范 围内电机 的稳定运行 。针对转速估 计在低速再生制 动时的不稳定现象 ，利用
劳斯稳 定判据 ，设计 了一种新的反馈矩 阵保 证转 速估算 的全 局稳 定性 。通 过 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿 真验证 了结 论
ｙｉｅｌｄｓ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｆ ｌｕｘｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｎｅｅｄｓ ａｎｄ ａｌｓｏ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｕｓｉｎｇ ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｌａｗ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｙａｐｕｎｏｖ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｈｅｏｒｙ ．Ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ａｃｔｕａｌｌｙ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｓｔａｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ｆｌｕｘ． Ａ ｆａｓｔ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍａｔｒｉｘ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈ ｅ ｐｏｌｅ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｉｎ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ． Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｏｕｔｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ， ａ ｎｅｗ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍ ａｔｒｉｘ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｉｔｓ ｖａｌｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ．
两种高频信号注入法的无传感器运行研究
两种高频信号注入法的无传感器运行研究一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电机控制系统在各个领域的应用日益广泛，尤其在工业自动化、电动汽车、航空航天等领域发挥着重要作用。
电机控制的核心在于对电机运行状态的精确感知和高效控制，而无传感器运行技术则成为近年来研究的热点。
其中，两种高频信号注入法在无传感器运行中表现出显著的潜力和应用价值，因此本文将对这两种方法进行深入研究。
本文将首先介绍无传感器运行技术的基本原理和重要性，阐述高频信号注入法在其中的地位和作用。
随后，本文将详细介绍两种高频信号注入法的具体实现方式，包括其原理、特点、适用范围等，并对这两种方法进行比较分析，探讨其各自的优缺点。
在此基础上，本文将通过理论分析和实验验证，研究两种高频信号注入法在无传感器运行中的应用效果。
具体来说，本文将通过搭建实验平台，对两种高频信号注入法在不同电机类型、不同运行条件下的性能进行测试和评估，以期得出准确、可靠的结论。
本文将总结两种高频信号注入法在无传感器运行中的研究成果，分析其在实际应用中的潜力和挑战，并提出相应的改进建议和发展方向。
本文的研究旨在推动无传感器运行技术的发展，为电机控制系统的智能化、高效化提供有力支持。
二、旋转高频信号注入法研究旋转高频信号注入法是一种广泛应用于无传感器运行中的技术，其基本原理是通过向电机注入高频旋转电压信号，进而通过检测电机的响应来获取电机的位置信息。
这种方法具有较高的位置检测精度和动态性能，因此被广泛应用于各种电机控制系统中。
在旋转高频信号注入法中，注入的高频旋转电压信号会对电机的气隙磁场产生影响，进而在电机中产生高频电流响应。
通过对这个响应进行检测和分析，可以准确地获取电机的转子位置信息。
这种方法不需要额外的传感器，因此可以降低系统的成本和复杂性。
旋转高频信号注入法的实现过程通常包括信号的生成、注入、检测和分析等步骤。
需要生成一个高频旋转电压信号，并将其注入到电机中。
然后，通过检测电机的电流响应，可以获取到电机的转子位置信息。
基于积分滑模的感应电机无速度传感器带速重投控制策略
基于积分滑模的感应电机无速度传感器带速重投控制策略苟立峰;王琛琛;游小杰;周明磊【摘要】轨道交通车辆在过分相或无电区过程中将逆变器脉冲封锁,车辆进入惰行工况,惰行结束后再次起动逆变器进行牵引电机的带速重投.在采用无速度传感器控制时,由于重投时刻电机的实际速度未知,带速重投成为需要解决的关键问题.本文提出一种基于积分滑模的感应电机无速度传感器带速重投控制策略.建立基于转子反电动势的非线性系统模型,设计积分滑模控制策略,准确估算电机在重投时的初始转速,并采用合理的切换函数减小系统抖振.理论分析积分滑模控制的稳定性和对电机转子时间常数的鲁棒性.仿真和实验验证了该方法的有效性,并和原有的输入输出线性化方法进行对比,仿真和实验结果表明该方法在带速重投过程中具有更好的动态性能和良好的鲁棒性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)024【总页数】11页(P5700-5710)【关键词】感应电机;无速度传感器控制;带速重投;积分滑模【作者】苟立峰;王琛琛;游小杰;周明磊【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM346无速度传感器控制的研究已经开展了许多年，并取得了一定的研究成果，去掉速度传感器能够减少牵引传动系统的成本，为更大功率的牵引电机节省安装空间，同时消除了速度传感器引起的系统故障，提高了系统运行的可靠性[1-4]，在工业上有着广阔的应用前景，特别是轨道交通领域。
在无速度传感器控制技术的应用中带速重投是需要解决的关键问题[5-10]。
例如轨道交通车辆在过分相或无电区过程中将逆变器脉冲封锁，车辆运行在惰行工况，当惰行工况结束时，逆变器重新起动，牵引电机则需要进行带速重投。
带速重投控制的关键在于重投时刻电机初始转速的估算。
基于高频旋转电压注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制
基于高频旋转电压注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制张伯泽;阮毅【摘要】对基于高频旋转电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器矢量控制策略进行了研究.向IPMSM注入高频旋转电压矢量,应用IPMSM的高频模型,推导出高频电流响应.提出了一种高频电流信号提取方案,从高频电流响应中估算出IPMSM的位置.提出的控制策略可以实现IPMSM从极低速0.5 Hz到高速的宽范围工作.大量的仿真结果表明:提出的控制策略有良好的动态响应和稳态响应,位置和转速估算有较高的精度,系统有较强的鲁棒性,IPMSM在极低速下运行良好.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)007【总页数】5页(P12-15,20)【关键词】内置式永磁同步电机;高频旋转电压注入;矢量控制;无位置传感器控制【作者】张伯泽;阮毅【作者单位】上海大学,上海200072;上海大学,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机因其体积小、重量轻、响应快、损耗小、功率密度大和效率高等优点获得了广泛应用[1-2]。
通常情况下，对永磁同步电机转速和转矩的精确控制，是用位置或速度传感器实现的。
然而，位置和速度传感器的安装需要额外的空间，且有位置或速度传感器的系统成本高、可靠性低、不易维护。
为了替代位置和速度传感器，提出了各种控制策略，总体上可分为两大类：基波模型法[3-8]和高频信号注入法[9-17]。
基波模型法直接或间接地从反电动势中提取位置信号，实施起来简单。
但是基波模型法对电机的参数变化敏感；在低速和零速时，反电动势很小甚至为零、难以提取，此时该类方法不能正常工作。
高频信号注入法在电机出线端注入高频电压(或电流)信号，通过检测产生的高频电流(或电压)响应来获得转子位置信息。
高频信号注入法能够解决永磁同步电机低速和零速下的转子位置估算，对电机的参数变化不敏感，鲁棒性好。
近年来出现了人工智能法[18-19]，这类方法硬件复杂、实现困难，目前多停留在理论研究阶段。