关键字 |
| 永磁同步电机(永磁同步电动机),低分辨率的霍尔效应传感器,转子位置估计,向量跟踪观察,矢量控制的永磁同步电动机(永磁同步电动机)。 |
介绍 |
| 永磁同步电机(PM)广泛应用于低和中期电力应用,如电脑周边设备、机器人、调速驱动器、电动汽车和其他应用程序在各种自动化工厂。在这样的应用程序中,运动控制器可能需要相对迅速响应命令更改并提供足够的驱动系统的鲁棒性与不确定性。在交流和直流驱动器,永磁同步电动机在运动控制应用程序收到了广泛的吸引力。永磁同步电动机的复杂耦合的非线性动态性能可以显著提高使用矢量控制理论转矩和磁通可以单独控制。点的增长市场的马达驱动器要求仿真工具能够处理的需要电机驱动模拟。 |
| 适当的媒介控制操作完全取决于转子位置信息的准确性。一般来说,这个位置信息可以获得高分辨率的传感器如增量编码器或解析器安装在电机轴。然而,这些传感器不仅增加系统成本,长度和大小,但也会降低系统的可靠性[1],[2]。在采用增量编码器的情况下,一个额外的算法或过程获得初始位置在启动是必要的。少各种传感器技术已经开发,基于磁链的大致分为技术[3],[4],和电动力[5],[6],[7]。 |
| 最近,一些驾驶方法在永磁同步电动机驱动器与霍尔传感器提出了在文献[1],[2],[8],[12]。vector-tracking观察者与前馈输入转子速度是发达国家的平均开发获得高分辨率的转子位置。目前的观察者的结构类似于锁相环(PLL)。迅速观察者的位置误差为零,也适当纠正前馈平均速度,包括内在的错误由传感器的失调或速度变化引起的。此外,前馈输入提供了足够的高速操作能力高于观察者带宽。 |
数学模型 |
| 在本节中,永磁同步电动机的电路方程,作为控制策略的数学模型,讨论了两种坐标。这些坐标旋转坐标和固定的坐标,这在图1中定义。表面永磁同步电动机的电路方程给出了旋转坐标 |
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| 第一项(1)的右边是一个电机的阻抗压降,和第二项是一个EMF的术语。 |
| 固定坐标转换(1),(2) |
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位置估计算法 |
| 在过去几十年开发了各种算法来估计位置和控制永磁同步电机(永磁同步电动机)。有些是线性外推技术[8],和零阶算法[9],[10]。这些方法基于平均转子速度。最近一些补偿方法介绍了霍尔传感器的偏差效应[10]- [12]。 |
| 答:永磁同步电动机转子永磁同步电动机转子位置估算平均速度 |
| 零阶位置估计算法只考虑获得的近似的零级项泰勒级数展开。该算法认为每个部门中的速度是常数,等于平均速度在前面的部门。转子转速可以近似 |
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| 转子速度可以近似为一个更好的学位,考虑高阶泰勒级数展开。一阶估计算法 |
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| (6),一阶导数近似 |
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| b .霍尔效应传感器 |
| 如果霍尔传感器是对称排列的电机,转子位置获得的可能是相当精确的值在稳态操作。然而,由于变速操作或传感器的偏差可能导致过度平均速度误差由于上述内在限制,估计误差不可避免地出现在实践和导致一些当前的扭曲和转矩脉动等性能下降。 |
| 双刀机与偏差霍尔传感器图2所示,一个,b, c和表示实际定子磁轴和角度差异的实际位置对应的霍尔传感器。例如,如果一个角度不同,一个b, c和−15、10和10电度,分别霍尔传感器输出信号和合成的位置估计如图3所示。在这个图中,转子位置短暂地扭曲在每个状态转换偏差霍尔传感器的信号。虽然不确定在图3。速度瞬态启动等操作,速度,和负载变化也可能提高位置估计误差在上面的方法在实践中由于每个部门的平均速度可能是暂时性的改变根据瞬时或渐变的操作速度。 |
提出VECTOR-TRACKING观察者来估算转子位置 |
| 不同的方法估计是使用vector-tracking锁相环位置。相同的观察者结构已经在[13]用于室内点机无传感器控制。此外,在[14],矢量跟踪观察者提出为了从有限的旋转矢量量化估计转子位置分辨率,检查一个低分辨率的编码器的性能(1 a¢¦角分辨率)在稳定状态。这里使用vectortracking观察者以新颖的方式;启动和稳态性能评估。 |
| vector-tracking观察者结构,图2所示,有两个输入:1)一个旋转向量包含位置信息和2)转矩前馈输入上面的力学模型,它提供了位置跟踪观察者带宽。 |
| proportional-integral-differential(比例积分微分)控制器用于力收敛。一个旋转的单位向量根据观察到的位置作为反馈相位侦测器。计算估计的位置使用latchedtorque模型的一个简单的旋转系统。一个调优vector-tracking观察者的考虑的量子化特性采用霍尔传感器的采样率电机位置取决于电机的速度。霍尔传感器输出信号,转换之间的观察者依赖于命令来估计转子位置前馈力矩。如果观察者带宽设置过高,产生的位置估计将是量子化的。为了解决这个问题,观察者带宽应该速度依赖直到达到所需的带宽。 |
| 考虑一个数字控制系统有足够高的采样频率,(2)可以表示在离散形式。如果估计转子位置、速度和模型参数的实际值,可以得到以下方程: |
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| 然后,(4)所示的速度修正ωcorr可以通过以下PI-typed控制器的回路滤波器提出了估计量的合成价值(8)变成了零。 |
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| k是采样时刻的位置。 |
的性能提出了矢量跟踪观察 |
| 拟议中的vector-tracking位置估计是图4所示。实际使用中,估计速度ωr通过将提高befiltered噪音免疫力,如图4所示。一般速度和当前解耦控制回路同步参考系的位置和速度估计可以配置如图7所示,vector-tracking观察者与前馈输入循环平均速度ωh可以等价转换为二阶线性模型,如图5所示。从图5 (b),传递函数的估计位置可以派生 |
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| kp和ki的比例和积分收益PI控制器,分别。 |
| θ的估计性能r依赖的动态性能(12)由只有π收益kp和ki的设计。瞬时负载力矩可用于补偿这个错误,可以计算负载扭矩的参考和估计同步帧。如果估计负载角(18)被添加到的速度校正(9),该vector-tracking观察者可以提高通过纠正位置估计性能负载引起的错误。实验的总体控制方案驱动图6所示。开车对于家电应用程序,由轴向磁通点的机器,一个低成本的全桥绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变器上述控制算法所在,已经建立了。采用机器surfacemounted点和无槽定子绕组。因此结构高度各向同性和展品非常低的电感,使这台机器测试算法的一个很好的候选人接受调查。 |
| 图9所示。显示了启动的速度变化的反应从停滞到500 r / min,初始位置在哪里故意设置为30电度。允许的最大位置误差系统中使用霍尔传感器与average-speed-based方法在图9中(a),虽然位置估计误差估计误差的大小是暂时性出现每隔60年底¢¦部门,同时,过度的涟漪的d -和q-axis电流同步出现在根据估计的瞬时位置,由于平均速度误差过度增加速度瞬态。 |
| 图10 (a)和(b)显示了生成的波形没有分别和负载角补偿算法。图10 (c)显示了总谐波失真(THD)的定子相电流的特点在不同的负载电流和速度条件下,近似的定义是 |
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| 在I1和基本组件和n阶谐波分量的定子电流,分别。无花果。11的一步反应速度(从500年到1000 r / min在接近无载)。 |
结论 |
| 摘要创新型无刷交流传动已被提出。这样一个开车试图克服传统无刷交流驱动器的一些限制有关的使用高分辨率传感器位置。控制算法最创新的特点是它的适应性对整个速度范围包括启动。三种不同类型的速度和位置估计算法已经提出,而从理论上讲,在模拟。这个结构允许该方法即使在提供有用的位置信息,并在零速度vector-tracking校正回路不能正确操作。高于零速度,该方法提供了高分辨率的位置信息,位置估计误差的快速收敛于零无论霍尔传感器的偏差和过度平均速度误差,尤其是速度瞬态稳态通过实验操作,启动,速度瞬态负载瞬态操作,该方法的有效性和动态性能评估。 |
数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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引用 |
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