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)高精度矢量控制置來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)高精度矢量控制,但使用傳但使用傳感器帶來(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)定子繞組了改善這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)檢測(cè)電機(jī)

2、定子繞組中的一些電氣物理量，如電流、電壓等信中的一些電氣物理量，如電流、電壓等信 息息來(lái)估算出轉(zhuǎn)子位置。來(lái)估算出轉(zhuǎn)子位置。研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容 在在IPMSM雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)中，使用雙閉環(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)傳感器混合控制策略，獲得轉(zhuǎn)子位置結(jié)合的無(wú)傳感器混合控制策略，獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。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（研究的對(duì)象：內(nèi)置式永磁同步電（IPMSM） 控制量：控制量：IPMSM的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 被控量：被控量：IPMSM的定子電流和電壓的定子電流和電壓 整體的結(jié)構(gòu)框圖

3、整體的結(jié)構(gòu)框圖零零/ /低速下轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)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)高頻電壓信號(hào)注入法旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法原理框圖入法原理框圖 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)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)。 (

4、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)式變換后的電流表達(dá)式中包含直流分量和高中包含直流分量和高頻分頻分 量，而所需的轉(zhuǎn)量，而所需的轉(zhuǎn)子位置信息包含在高子位置信息包含在高頻分量中，因此可以頻分量中，因此可以通過(guò)一個(gè)高通濾波器通過(guò)一個(gè)高通濾波器 將此直流分量濾除將此直流分量濾除最后得最后得到的高到的高頻電頻電 流流信號(hào)再信號(hào)再?gòu)纳鲜鰪纳鲜雠c注入與注入電壓同電壓同步的參步的參考系中考系中變換回變換回兩相相兩相相靜止坐靜止坐標(biāo)系中標(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)原理圖二、基于鎖相環(huán)的位置觀測(cè)原

5、理圖 鎖相環(huán) (PLL) 也被稱(chēng)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)。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)。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)

6、模型位置滑膜觀測(cè)器二、基于IPMSM的滑模運(yùn)動(dòng)在在-軸系下軸系下，擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)為，擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)為，可知擴(kuò)展，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。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。eeEeEecossinextext和在在-軸系下，定子的電流方程為軸系下，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。 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 選擇電流誤差矢量選擇電流誤差矢量 用于定義滑模面，并通過(guò)高頻非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)用于定義滑模面，

7、并通過(guò)高頻非線(xiàn)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)?？刂破仁闺娏鞴烙?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，根據(jù)電壓方程構(gòu)造定子電流滑膜觀測(cè)器，Is其中其中Z和和Z是控制函數(shù)，即是控制函數(shù)，即定義滑模面為：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)，此時(shí)定子電流的觀測(cè)值與實(shí)際值相等，而際值相等，而Z和和Z含有反電動(dòng)勢(shì)信息。含有反電動(dòng)勢(shì)信息。經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)PLL即可跟蹤到轉(zhuǎn)子的位置信息。即可跟蹤到轉(zhuǎn)子的位置信息。 由于開(kāi)

8、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，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(xiàn)性組合作為混合觀測(cè)器的輸出，可即轉(zhuǎn)子的位置由兩者的線(xiàn)性組合作為混合觀測(cè)器的輸出，可以表示為以表示為仿真結(jié)果 根據(jù)仿真的結(jié)果，根據(jù)仿

9、真的結(jié)果，在雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)中在雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)中，高頻注入和滑模控制，高頻注入和滑模控制能很好的估算出轉(zhuǎn)子的位置信息。能很好的估算出轉(zhuǎn)子的位置信息。總結(jié) 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、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)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。境場(chǎng)合。 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)內(nèi) 置式永磁同步電機(jī)，對(duì)于面貼式永磁置式永磁同步電機(jī)，對(duì)于面貼式永磁同步電機(jī)較少涉及，且該常遇到信噪比較低的困難，所以要同步