无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述
无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述

P AN n Pi g, FU - i Ziy
1 无速度传感器永磁 同步 电机研究及
发 展
无速度传感 器永磁 同步 电机是 在电机转 子和
机座 不 安 装 电磁 或 光 电 传 感 器 的情 况 下 ,利 用 直 接计 算 、参数 辨 识 、状态 估 计 、间 接测 量 等手 段 , 从定 子边 较 易测 量 的量 ,如 定 子 电压 、定 子 电 流
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ABS TRACT : T i p p rs mma ie h t tg fp r n n g e y c r n u t r I a ay e hs a e u r s t e sr e y o e ma e tma n ts n h o o s moo . t n l z s z a
t e p e e to p e e o l s e h n l g fp r a e tma e y h o o s moo , i diae h tt e h r s n fs e d s ns re s tc o oo o e y m n n g t s nc r n u t r n c t s t a h n
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无速度传感器永磁 同步 电机发展与控制策略评述
潘
萍
付子义
中图分类号 :T 3 1 T 4 . M 5 M34 4
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》范文

《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》篇一一、引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)是一种重要的电动传动系统部件,因其具有高效率、高功率密度和良好的调速性能等优点,被广泛应用于工业、汽车、航空航天等领域。
然而,传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取电机的位置信息,这不仅增加了系统的复杂性和成本,还可能降低系统的可靠性和稳定性。
因此,无位置传感器控制技术成为了近年来研究的热点。
本文旨在研究并实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术,以提高电机控制系统的性能和可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用,产生转矩,使电机转动。
PMSM的转子不需要外部供电,具有结构简单、运行可靠等优点。
然而,要实现电机的精确控制,必须准确获取电机的位置和速度信息。
传统的PMSM控制系统通过位置传感器来获取这些信息,但无位置传感器控制技术则通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
三、无位置传感器控制技术无位置传感器控制技术主要通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
常见的无位置传感器控制技术包括基于反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
本文采用基于反电动势法的无位置传感器控制技术,通过检测电机的反电动势来估算电机的位置和速度。
四、全速度范围无位置传感器控制策略为了实现永磁同步电机全速度范围的无位置传感器控制,需要采用合适的控制策略。
本文采用基于矢量控制的策略,通过实时调整电机的电压和电流来控制电机的位置和速度。
在低速阶段,采用初始位置估算和误差补偿技术来提高位置的估算精度;在高速阶段,则采用反电动势法来准确估算电机的位置和速度。
此外,还采用了自适应控制技术来应对电机参数变化和外部干扰的影响。
五、实验与结果分析为了验证本文所提出的无位置传感器控制技术的有效性,进行了实验验证。
永磁同步电机无传感器控制综述

永磁同步电机无传感器控制综述摘要:随着控制理论、数字信号处理和计算机技术的飞速发展,永磁同步电机的无传感器控制广泛的运用于各种环境条件有限的工业场合。
本文详细论述了各种PMSM无传感器控制技术,并给出相应的优缺点。
关键词:永磁同步电机;控制;估算永磁同步电机(PMSM)因其体积小、效率高、可靠性好以及对环境适应性强等优良性能而在各个要求高性能调速的领域中得到了广泛的应用。
其闭环控制受限于位置及转速这些信息的高效、准确测量。
由于受外部安装环境的影响,各种传感器的工作性能必然受到不同程度的影响,从而导致整个控制系统的性能下降。
因此,为了解决使用传感器带来的缺陷,电机的无传感器控制成为了电力传动领域的一个研究热点。
1PMSM无传感器控制控制PMSM无传感器控制技术是指在电机的转子和定子上没有安装速度传感器的情况下,通过检测电机电压、电流以及电机的数学模型估算出电机转子位置和转速,并将其作为闭环控制反馈信号的控制技术。
目前没有一种无位置传感器技术可以独立地解决静止、低速和中高速时的位置估计问题。
因此,根据电机在不同转速下转子位置估算的效果,把无位置传感器控制方法分为两大类:基于基波激励下电机数学模型的转子位置估算方法和基于电机的凸极饱和效应的转子位置估算方法。
1.1基于基波激励下电机数学模型的转子位置估算方法该方法主要基于电机的基波动态模型,具有良好的动态性能,但对电机参数变化较敏感,主要适用于中高速段下转子位置估算。
①基于反电势的位置估计法。
该方法是利用电压和电流对磁链和转速进行估计,低速时对定子电阻尤为敏感。
由于电机的反电动势较低,再加上因开关器件的非线性而产生的系统噪声,使得电机端电压信息很难被准确捕获。
在中、高速段,采用反电动势估计法能获得较好的位置估计效果但在低速区,效果却不理想。
②基于状态观测器的估计法。
观测器的实质是状态重构,其原理是重新构造一个系统,用原系统中可以直接测量的变量作为输入信号,使输出信号在一定条件下等价于原系统的状态。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述永磁同步电机是一种应用广泛的电动机,具有体积小、重量轻、效率高等优点,因此在工业生产中被广泛应用。
传统的永磁同步电机控制技术需要使用位置传感器来获取转子位置信息,以实现精准控制。
随着传感器技术的不断发展和成本的不断下降,无位置传感器控制技术逐渐成为了研究的热点之一。
本文将对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行综述,从原理、应用、优缺点等方面进行详细介绍和分析,以期为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
一、无位置传感器控制技术的原理传统的永磁同步电机控制技术需要通过位置传感器来获取转子位置信息,以实现精准的控制。
位置传感器不仅增加了系统成本,还会增加系统的故障率和维护成本。
研究人员开始尝试利用电机本身和其他信号来实现无位置传感器控制技术。
无位置传感器控制技术的原理主要是通过计算电机的反电动势和电流信息,从而实现对电机转子位置的估计。
通常采用的方法有基于模型的方法和基于传感器融合的方法。
基于模型的方法主要是利用电机的数学模型,通过对电流、电压等信息的测量和计算,来进行转子位置的估计;而基于传感器融合的方法则是利用多种传感器的信息融合来实现位置的估计。
无位置传感器控制技术在很多领域都有着广泛的应用,特别是在一些对成本和可靠性要求较高的场合。
比如在电动汽车、风力发电、工业生产等领域,都可以看到无位置传感器控制技术的应用。
由于无位置传感器控制技术可以减少系统成本、提高系统可靠性,因此受到了广泛的关注和应用。
无位置传感器控制技术相比传统的位置传感器控制技术具有一些明显的优点,如可以降低系统成本、提高系统可靠性、减少维护成本等。
也存在一些缺点,如对控制算法和系统稳定性要求较高、对电机参数变化敏感等。
在实际应用中需要根据具体的情况进行权衡和选择。
尽管无位置传感器控制技术在现实应用中具有广阔的前景,但也面临着一些挑战,如精准的位置估计、控制算法的设计、系统稳定性等问题。
未来研究方向主要包括改进位置估计算法、优化控制策略、提高系统稳定性等方面。
永磁直线同步电机无传感器控制策略综述

永磁直线同步电机无传感器控制策略综述介绍了几种无传感器控制技术在永磁直线同步电机控制策略中的应用,针对不同期望特性的控制系统,应选取合适的控制策略,才能满足伺服系统的要求。
1 永磁直线同步电机的工作原理与数学模型1.1 电机的工作原理与旋转电机类似,永磁直线同步电机的工作原理也是利用电磁作用将电能转化为动能。
在电机的初级端的三相绕组施加三相对称正弦电流,气隙中会产生气隙磁场,且该磁场并不是旋转的,而是沿着直线方向呈正弦分布,称为行波磁场。
行波磁场与次级端的永磁体相互作用,就会产生电磁推力。
在电磁推力的作用下,初级沿着行波磁场的运动的反方向做直线运动。
1.2 电机的数学模型为简化分析电机的数学模型,理想状态下电机在坐标系下的动态方程为:式中Ld、Lq分别为交直轴电感;id、iq分别为交直轴的电流分量;?鬃d、?鬃q分别为交直轴轴磁链;?棕r为动子等效角速度,?鬃f为动子永磁体磁链,R为定子电阻。
2 无传感器控制策略在直线电机伺服系统中的应用2.1 滑模变结构控制策略滑模变结构控制的基本原理是根据控制系统期望的控制效果设计一个切换超平面,在不连续的控制律作用下,使系统结构不断地变换,并不断地观测定子的电流的大小,保证观测的电流值与实际的定子电流值误差较小,使系统在一定条件下沿期望的状态轨迹作高频小幅度上下运动。
通过这种高频率的来回调节,强迫系统的状态沿着超平面向平衡点滑动,使系统最后渐进稳定在平衡点的允许范围内,即滑动模态运动,如图1所示。
滑模变结构控制策略结构简单、响应速度快,又由于可以设计其滑动模态,抗干扰能力较强,系统鲁棒性好,但存在着系统不能自起动,严重依赖电机参数等问题。
2.2 模型参考自适应控制策略模型参考自适应控制策略的基本原理是将全含已知参数的系统方程作为参考模型,将含有未知参数的系统方程作为可调模型,且这两个模型的输出量物理意义相同。
系统运行时,参考模型和可调模型同时启动,并利用二者输出量的差值,根据系统自适应机构设置的自适应控制算法来调节可调模型的控制参数,从而实现控制系统的输出量在线实时跟踪系统的参考模型,控制策略的原理图如图2所示。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述随着工业自动化水平的不断提高,各种电机控制技术也在不断发展和完善。
永磁同步电机因其高效、高性能和高精度的特点,逐渐成为工业领域中的热门选择。
永磁同步电机控制中存在一个重要问题,就是需要通过位置传感器来获取转子位置信息,以实现精确的控制。
传统的位置传感器技术不仅成本高昂,而且在恶劣环境下易受到干扰,影响了系统的稳定性和可靠性。
研究和开发永磁同步电机无位置传感器控制技术,成为了当前研究的热点之一。
本文将对永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究现状进行综述,探讨目前存在的问题和挑战,同时对未来的发展方向和趋势进行展望。
1. 传统的位置传感器控制技术传统的永磁同步电机控制技术大多采用位置传感器(如编码器、霍尔传感器等)来获取转子位置信息,以实现闭环控制。
这种方法能够实现较高的精度和稳定性,但在成本和可靠性方面存在着一定的不足。
安装传感器也会增加系统的体积和复杂度,增加了维护和故障排除的难度。
为了解决传统位置传感器技术的问题,研究人员开始探索无位置传感器控制技术。
这种技术主要利用电机自身的参数模型和反电动势来实现转子位置的估计,从而实现闭环控制。
目前,主要的无位置传感器控制技术包括基于模型的方法、基于反电动势的方法和基于观测器的方法等。
基于模型的方法主要是通过建立电机的数学模型,并利用观测器或滑模控制器来估计转子位置,然后实现闭环控制。
该方法在理论上具有较高的精度和鲁棒性,但需要对电机系统进行较为精确的建模,且对参数变化和干扰较为敏感。
二、存在的问题和挑战尽管无位置传感器控制技术具有许多优点,但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。
无位置传感器控制技术对电机系统的参数变化和外部干扰比较敏感,因此需要设计更为复杂的控制算法来提高系统的鲁棒性和稳定性。
永磁同步电机在高速运转时,反电动势信号的精度会受到影响,从而影响转子位置的估计精度。
无位置传感器控制技术还需要考虑电机系统的非线性特性和磁饱和效应等问题,以实现更为精确的控制。
永磁式同步电动机无传感器控制技术简述

永磁式同步电动机无传感器控制技术简述前言:pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。
打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面,并逐步迈进交流调速系统时代。
pmsm因其高转矩惯性比、高能量密度、高效率等固有特点广泛应用于航空航天、电动车、工业伺服等领域。
伴随着高性能磁性材料、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展,特别是矢量控制和直接转矩控制等高性能控制策略的提出,使得pmsm调速系统得以迅猛发展。
pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。
打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面,并逐步迈进交流调速系统时代。
高性能pmsm控制系统依赖于可靠的传感器装置和精确的检测技术。
传统控制系统多采用光电编码器,旋转变压器等机械传感器获得转子位置信息。
但是机械传感器安装维护困难,不但增加了系统机械结构复杂度,而且影响了系统动静态性能,降低了系统鲁棒性和可靠性。
pmsm矢量控制系统性能往往受限于机械传感器精度和响应速度,而高精度、高分辨率的机械传感器价格昂贵,不但提高了驱动控制系统成本,还限制了驱动装置在恶劣条件下的应用。
机械传感器低成本、高精度、高可靠性的自身矛盾根本的解决方法就是去掉机械传感器而采取无传感器技术。
因此,pmsm无传感器控制技术的研究迅速成为热点。
pmsm国内外研究现状国外在20世纪70年代就开展无传感器控制技术的研究工作。
在其后的20多年里,国内外学者对交流电机的无传感器运行进行了广泛的研究并提出了很多方法。
这些研究成果使得无传感器控制的电机驱动系统能够应用于更多的工业领域中。
pmsm无传感器技术主要两个发展阶段:第一代采用无传感器矢量控制技术的交流电动机经过近10年的研究和原型机试验已经出现在市场上。
第一代无传感器电动机的调速精度不高,可以正常工作的速度范围也有限,在低速、零速时,机械特性很软且误差变得很大,无法进行调速。
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》

《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》一、引言随着科技的不断进步,永磁同步电机(PMSM)在工业、汽车、家电等领域的应用越来越广泛。
而传统控制技术常常需要安装位置传感器来提供电机的实时位置信息,这既增加了系统的复杂性又增加了成本。
因此,无位置传感器控制技术逐渐成为研究热点。
本文将探讨全速度范围无位置传感器的控制技术及其在永磁同步电机中的应用与实现。
二、无位置传感器控制技术的理论基础1. 基本原理无位置传感器控制技术主要通过检测电机电压、电流等电气量,结合电机模型和算法来估计电机转子的位置和速度。
它避免了使用传统的位置传感器,简化了系统结构,降低了成本。
2. 控制算法常见的无位置传感器控制算法包括反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
这些算法在电机运行的不同阶段有不同的适用性,可以根据电机的实际运行情况选择合适的算法。
三、全速度范围无位置传感器控制技术的实现1. 启动阶段在电机启动阶段,由于没有转子位置信息,需要采用特定的启动策略。
常见的启动策略包括预定位法、转矩辅助启动法等。
这些方法可以在电机启动阶段提供足够的转矩,使电机顺利启动并进入正常运行状态。
2. 运行阶段在电机运行阶段,根据电机的实际运行情况选择合适的无位置传感器控制算法。
例如,在低速阶段可以采用反电动势法来估算转子位置;在高速阶段则可以采用模型参考自适应法或滑模观测器法等更精确的算法。
同时,为了保证系统的稳定性,还需要对控制算法进行优化和调整。
四、实验与结果分析为了验证全速度范围无位置传感器控制技术的有效性,我们进行了大量的实验。
实验结果表明,该技术能够在全速度范围内实现电机的稳定运行,且具有较高的控制精度和动态性能。
与传统的有位置传感器控制系统相比,无位置传感器控制系统具有更高的可靠性、更低的成本和更简单的结构。
五、结论与展望本文对永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术进行了深入研究与实现。
实验结果表明,该技术能够在全速度范围内实现电机的稳定运行,具有较高的控制精度和动态性能。
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无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述潘萍付子义
中图分类号:TM351TM344.4文献标识码:A文章编号:1001-6848(2007)06-0091-02无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述
潘萍,付子义
(河南理工大学,焦作454003)
摘要:介绍了永磁同步电机无速度传感器控制策略,分析了无速度传感器技术研究现状,指出状态观测器法及谐波注入法是目前无速度传感器技术的研究热点。
关键词:永磁同步电机;无速度传感器;评述;控制策略;状态观测器;谐波注入法
DevelopmentRenewandStrategyofPermanentM_agnetSynchronousMoOrSpeedSensorless
PANPing,FUZi—yi
(HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)
ABSTRACT:Thispapersummarizesthestrategyofpermanentmagnetsynchronousmotor.Itanalyzesthepresentofspeedsensorlesstechonologyofpermanentmagnetsynchronousmotor,indicatesthatthestateobserverandharmonicinjectionprocessarecurrentresearchfocus.
KEYWORDS:Permanentmagnetsynchronousmotor;Speedsensorless;Review;Controlstrategy;Stateobserver;Harmonicinjectionmethod
O引言
永磁同步电机控制系统离不开高精度的位置和速度传感器,但在实际的系统中,传感器的存在不仅增加了系统成本,还易受工作环境影响,同时也降低了系统的可靠性,因此,无速度传感器交流调速系统成为近年研究热点¨j。
1无速度传感器永磁同步电机研究及发展
无速度传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下,利用直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段,从定子边较易测量的量,如定子电压、定子电流中提取出与速度有关的量,从而得出转子速度,并应用到速度反馈控制系统中。
国际上对永磁同步电机无速度传感器的研究始于20世纪70年代旧J。
1975年,A.Abbondanti等人推导出了基于稳态方程的转差频率估计方法,
收稿日期:2006—09-26
基金项目:河南省杰出青年科学基金(0211060500);河南省重要攻关项目(9911020429)在无速度传感器控制领域作出首次尝试,调速比可达10:l。
但由于其出发点是稳态方程,动态性能和调速精度难以保证。
1979年,M.Ishida等学者利用转子齿谐波来检测转速,限于当时的检测技术和控制芯片的实时控制能力,仅在大于300r/rain的转速范围取得较好的结果。
1983年R.Joetten首次将无速度传感器技术应用于永磁同步电机矢量控制。
近年来,德国亚探工大(RWTHAachen)电机研究所的学者又先后开展了采用推广卡尔曼滤波器的永磁同步电机和感应电机无机械传感器调速系统的研究。
美国麻省理工学院(MIT)电机工程系的学者在1992年发表了采用全阶状态观测器的无传感器永磁同步电机调速系统的论文。
由于状态观测器受电机参数变化的影响较大,还需要另外一个状态观测器来估计电机的参数,这样使无传感器永磁同步调速系统的估计算法变得比较复杂,同时系统还存在对负载变化比较敏感等问题。
国内自90年代中开始,也开始对永磁电机无速度传感器控制技术进行研究,但主要局限于各高等院校,研究主要还是着重于理论和仿真方面。
一91—
万方数据
微电机2007年第40卷第6期(总第162期)
2无速度传感器永磁同步电机控制策略【141
2.1基于基本电磁关系的估算方法
1)直接计算方法
利用检测到的定子三相端电压和电流计算出转子位置角和转子角速度,是最简单、最直接的方法,动态响应几乎没有什么延迟,但它对电机参数的准确性要求比较高;随着电机运行状况的变化,电机参数会发生一定的变化,导致转速和位置的估算值偏离真实值;这种方法没有补偿或校正环节,因此应用这种方法时最好结合电机参数的在线辨识。
2)基于反电动势或定子磁链的估算方法
利用计算反电动势来估算转子位置和速度仅依赖于电机的基波方程,实施起来较简单。
但当转速较低时,反电动势的值也很小,所以这种方法在低速时误差很大。
也可以通过计算定子磁链来估计转速和转子位置,磁链由反电动势积分求得,但是由于积分器的零漂问题,这样得到的磁链的值会有积分误差,因此需要引入误差补偿环节,使得估算的磁通和实际值相等。
2.2模型参考自适应方法
此方法是将含有待估计参数的方程作为可调模型,将不含未知参数的方程作为参考模型,两个模型具有相同物理意义的输出量。
两个模型同时工作,并利用其输出量的差值根据合适的自适应率来实时调节可调模型的参数,以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。
据稳定性原理得到速度估计自适应公式,系统和速度的渐进收敛性由Popov的超稳定性来保证。
这种方法应用于PMSM尚有一些新的需要解决的问题。
2.3基于各种观测器的估算方法
近年来,随着微型计算机技术的迅速发展,出现了高性能的微处理芯片和数字信号处理器(DSP),大大地推动了这一方法在永磁同步电机无速度传感器控制系统中的应用,其中比较有代表性的是扩展卡尔曼滤波器。
它提供了一种迭代形式的非线性估计方法,避免了对测量量的微分计算。
由于这种方法建立在对误差的测量噪声和统计特性的基础上,对实验样机的参数要求较高,系统的鲁棒性也没有改进,而计算量很大,实用一92一性并不强。
2.4高频注入方法
Lorenz等学者通过在电机的接线端上注入一个三相平衡的高频电压信号,利用人为造成的不对称性,使电机产生一个不对称的凸磁极,通过对凸磁极位置的检测来获取转子位置信息。
此法不依赖于任何电机的参数和运行工况,因而可能工作在极低速,并且系统的计算工作量并不大,是比较理想的方法之一。
其最大的缺点就是要制造电机凸磁极。
2.5基于人工神经元网络估算方法
该方法利用神经元网络进行辨识。
目前神经元网络的方法还处于理论研究阶段,离实用化还有一段路要走,随着智能控制理论的应用日益成熟,会给交流传动领域带来革命性的变化。
3展望
随着微控制器的发展,对永磁同步电机无速度传感器调速系统的研究,使复杂的计算与控制得以实现,大大简化了硬件结构,降低了成本,提高了控制和计算精度,普遍受到国际和国内的重视。
目前,对永磁同步电动机的无速度传感器调速方法的研究中状态观测器法(比如:Luenberger法、滑模观测器法、扩展卡尔曼滤波法等)和谐波注入法(主要用于低速调速范围)具有好的发展前景。
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作者简介:潘萍,女,河南信阳人,在读硕士研究生,从事直线电机理论与控制研究。
万方数据。