永磁同步電機(jī)無(wú)位置全速控制

1、永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)無(wú)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(cè) 中高速下的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 總結(jié) 研究的背景和意義 工業(yè)上通常用機(jī)械式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子位置來(lái) 實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)高精度矢量控制,但使用傳感器帶 來(lái)了電機(jī)成本、尺寸等問(wèn)題，而且在高溫高壓 等環(huán)境運(yùn)行工況不適宜安裝傳感器。為了改善 這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子繞組中的一 些電氣物理量，如電流、電壓等信 息來(lái)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(hào)注入法與反電動(dòng)勢(shì)模型法相結(jié)合 的無(wú)傳感器

2、混合控制策略，獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 研究的對(duì)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(cè)-旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法 旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法原理框圖 高頻信號(hào)注入法 (HFIM) 是基于永磁同步電機(jī)的凸極效應(yīng)提出的一種適用于 零速和低速下檢測(cè)電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速的無(wú)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(dāng)好的調(diào)速效果。其中，按照注入信號(hào)的性質(zhì)可以分為電壓HFIM和電 流HFIM，每種注入信號(hào)又可以分為旋轉(zhuǎn)HFIM和脈動(dòng)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(hào)的形式不同，對(duì)

3、高頻響應(yīng)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(cè)零/低速下轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。 (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(guò)同步軸系濾波器后 變換后的電流表達(dá)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(guò)一個(gè)高通濾波器 將此直流分量濾除 最后得到的高 頻電 流信號(hào) 再?gòu)纳鲜雠c注 入電壓同步的 參考系中變換 回兩相相靜止 坐標(biāo)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(cè)原理圖 鎖相環(huán) (PLL) 也被稱為自動(dòng)相位控制技術(shù)，它利用 反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)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(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)模型位置滑膜觀測(cè)器 一、滑膜運(yùn)動(dòng) 滑模變結(jié)構(gòu)控制是在狀態(tài)空間中設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的超平面，利用 不連續(xù)的控制規(guī)律，來(lái)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(yùn)動(dòng)。 使系統(tǒng)沿著規(guī)定好的超平面向平衡點(diǎn)滑動(dòng)。 基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)模型位置滑膜觀測(cè)器 二、基于IPMSM的滑模運(yùn)動(dòng) 在-軸系下，擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)為 ，可知擴(kuò)展 反電動(dòng)勢(shì)中含有轉(zhuǎn)子位置信息，估算出擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)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(cè)器，估算轉(zhuǎn)子位置信息。

5、基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)模型位置滑膜觀測(cè)器 三、滑模電流觀測(cè)器 選擇電流誤差矢量 用于定義滑模面，并通過(guò)高頻非線性開(kāi)關(guān)控制 迫使電流估計(jì)誤差的幅值趨于零，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的估計(jì)。 根據(jù)電壓方程構(gòu)造定子電流滑膜觀測(cè)器， Is 其中Z和Z是控制函數(shù)，即 定義滑模面為： 基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)模型位置滑膜觀測(cè)器 控制的目標(biāo)是使得電流觀測(cè)誤差為0，此時(shí)定子電流的觀測(cè)值與實(shí)際值 相等，而Z和Z含有反電動(dòng)勢(shì)信息。 經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)PLL即可跟蹤到轉(zhuǎn)子的位置信息。 由于開(kāi)關(guān)切換引入了高頻信號(hào)，反電動(dòng)勢(shì)在一定程度上有一定失真，因此通過(guò)低 通濾波器對(duì)結(jié)果進(jìn)行濾波，這樣濾波后可以得到擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)的估計(jì)值為 基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)模型位置滑膜觀測(cè)器 四、滑膜觀測(cè)器結(jié)構(gòu)圖 混合觀測(cè)器切換控制策略 在速度過(guò)渡區(qū)，采用加權(quán)系數(shù)法在兩種檢測(cè)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(cè)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，高頻注入和滑模控制能 很好的估算出轉(zhuǎn)子的位置信息。 總結(jié) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無(wú)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(yīng)用于高溫、高濕等惡劣環(huán) 境場(chǎng)合。 局限：局限：高頻注入在目前資料中主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)性凹極的內(nèi) 置式永磁同步電機(jī)，對(duì)于面貼式永磁