永磁同步電機無位置全速控制

1、永磁同步電機無位置傳感器永磁同步電機無位置傳感器 混合控制策略混合控制策略 演講人：演講人：XX XXX 目 錄 研究的背景和意義 研究的主要內(nèi)容 零/低速下的轉(zhuǎn)子位置檢測 中高速下的轉(zhuǎn)子位置檢測 總結(jié) 研究的背景和意義 工業(yè)上通常用機械式傳感器測量轉(zhuǎn)子位置來 實現(xiàn)永磁電機高精度矢量控制,但使用傳感器帶 來了電機成本、尺寸等問題，而且在高溫高壓 等環(huán)境運行工況不適宜安裝傳感器。為了改善 這個問題，可以通過檢測電機定子繞組中的一 些電氣物理量，如電流、電壓等信 息來估算出 轉(zhuǎn)子位置。 研究的主要內(nèi)容 在IPMSM雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)中，使用旋轉(zhuǎn) 高頻電壓信號注入法與反電動勢模型法相結(jié)合 的無傳感器

2、混合控制策略，獲得轉(zhuǎn)子位置信號， 實現(xiàn)調(diào)速。 研究的對象：內(nèi)置式永磁同步電（IPMSM） 控制量：IPMSM的轉(zhuǎn)速 被控量：IPMSM的定子電流和電壓 整體的結(jié)構(gòu)框圖 零/低速下轉(zhuǎn)子位置檢測-旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法 旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法原理框圖 高頻信號注入法 (HFIM) 是基于永磁同步電機的凸極效應提出的一種適用于 零速和低速下檢測電機位置和轉(zhuǎn)速的無速度傳感器控制方法，結(jié)合優(yōu)化的矢量控制策 略能夠?qū)崿F(xiàn)相當好的調(diào)速效果。其中，按照注入信號的性質(zhì)可以分為電壓HFIM和電 流HFIM，每種注入信號又可以分為旋轉(zhuǎn)HFIM和脈動HFIM，交叉結(jié)合可以形成四種 注入方法，每種方法因注入信號的形式不同，對

3、高頻響應的處理方法也不同。本次研 究的是旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法檢測零/低速下轉(zhuǎn)子位置檢測。 (2-1) (2-2) 同步軸系濾波器SFF 一、 同步軸系濾波器的原理框圖 二、經(jīng)過同步軸系濾波器后 變換后的電流表達式 中包含直流分量和高 頻分 量，而所需的轉(zhuǎn) 子位置信息包含在高 頻分量中，因此可以 通過一個高通濾波器 將此直流分量濾除 最后得到的高 頻電 流信號 再從上述與注 入電壓同步的 參考系中變換 回兩相相靜止 坐標系中 鎖相環(huán) (PLL) 一、鎖相環(huán)基本結(jié)構(gòu)圖 二、基于鎖相環(huán)的位置觀測原理圖 鎖相環(huán) (PLL) 也被稱為自動相位控制技術(shù)，它利用 反饋控制來實現(xiàn)對輸入信號的跟蹤，其基本結(jié)構(gòu)由圖

4、下圖所 示的三部分構(gòu)成 基于擴展反電動勢模型位置滑膜觀測器 一、滑膜運動 滑模變結(jié)構(gòu)控制是在狀態(tài)空間中設計一個特殊的超平面，利用 不連續(xù)的控制規(guī)律，來使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不斷的變換，迫使系統(tǒng)在一 定的條件下沿著規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度，高頻率的上下運動。 使系統(tǒng)沿著規(guī)定好的超平面向平衡點滑動。 基于擴展反電動勢模型位置滑膜觀測器 二、基于IPMSM的滑模運動 在-軸系下，擴展反電動勢為 ，可知擴展 反電動勢中含有轉(zhuǎn)子位置信息，估算出擴展反電動勢的值即可知道轉(zhuǎn)子位置。 ee EeEe cossin extext 和 在-軸系下，定子的電流方程為 根據(jù)電流方程，即可構(gòu)造出滑模電流觀測器，估算轉(zhuǎn)子位置信息。

5、基于擴展反電動勢模型位置滑膜觀測器 三、滑模電流觀測器 選擇電流誤差矢量 用于定義滑模面，并通過高頻非線性開關(guān)控制 迫使電流估計誤差的幅值趨于零，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置角的估計。 根據(jù)電壓方程構(gòu)造定子電流滑膜觀測器， Is 其中Z和Z是控制函數(shù)，即 定義滑模面為： 基于擴展反電動勢模型位置滑膜觀測器 控制的目標是使得電流觀測誤差為0，此時定子電流的觀測值與實際值 相等，而Z和Z含有反電動勢信息。 經(jīng)過鎖相環(huán)PLL即可跟蹤到轉(zhuǎn)子的位置信息。 由于開關(guān)切換引入了高頻信號，反電動勢在一定程度上有一定失真，因此通過低 通濾波器對結(jié)果進行濾波，這樣濾波后可以得到擴展反電動勢的估計值為 基于擴展反電動勢模型位置滑膜觀測器 四、滑膜觀測器結(jié)構(gòu)圖 混合觀測器切換控制策略 在速度過渡區(qū)，采用加權(quán)系數(shù)法在兩種檢測方法之間切換， 即轉(zhuǎn)子的位置由兩者的線性組合作為混合觀測器的輸出，可以 表示為 仿真結(jié)果 根據(jù)仿真的結(jié)果，在雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)中，高頻注入和滑?？刂颇?很好的估算出轉(zhuǎn)子的位置信息。 總結(jié) 優(yōu)點：優(yōu)點：無位置傳感器控制技術(shù)能夠有效減小系統(tǒng)的體積、 成本，增加系統(tǒng)可靠性，并可以應用于高溫、高濕等惡劣環(huán) 境場合。 局限：局限：高頻注入在目前資料中主要應用于結(jié)構(gòu)性凹極的內(nèi) 置式永磁同步電機，對于面貼式永磁