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PMSM无速度传感器控制(一)——无速度传感器控制综述

1.无速度控制策略的优势

在电机交流调速系统中,准确获取电机转速和位置信息是关键环节。

在高性能异步电机控制系统中,电机的速度和位置信息通常通过在转子轴上安装机械传感器来获得,以实现高性能的速度和位置闭环控制。光电编码器或旋转变压器等机械传感器主要用于检测电机的转速和位置。:高精度、快速传感器成本高;机械传感器安装在电机轴上,可能存在同轴度问题,安装不当容易偏离实际转子位置;机械传感器增加了系统的控制接口和接线,降低了系统的可靠性;机械传感器本身容易受到环境条件的影响,性能不稳定。

2.无速度控制算法的功能地位

对于双闭环矢量控制系统,无速度传感器控制策略取代了原始速度和位置传感器。下图中的浅红色部分是无速度传感器控制策略在整个控制框架中的位置,与速度传感器完全相同。

2.无速度控制算法的分类

无速度传感器控制技术的关键是使用易于测量的电机定子电流、电压等电信号,通过一定的算法获取电机的速度和位置信息。近年来,有大量的速度和位置估计方法,可分为三类。

  1. 。比如直接计算法、基于反电势积分法和基于电感变化的估算方法,原理简单,动态响应快,但容易受到参数变化的影响,估算性能不稳定。
  2. 例如,与第一种方法相比,全阶观测器、滑模观测器、模型参考自适应算法等方法大大提高了观测精度和系统稳定性。
  3. 这种方法主要是注入法,如旋转高频电压注入法、旋转高频电流注入法、高频脉冲电压注入法等。由于增加的高频信号与电机的运行状态无关,第二种估计方法解决了零速和极低速电机时速度和位置估计不准确的问题。

具体来说,第一种方法主要是基于电机数学模型的开环估计,。由于电机的速度可以通过计算直接估计,该方法简单、直观,动态响应相对较快。然而,其缺点也很明显,无论是静态坐标系还是旋转坐标系,都需要使用电机参数,所以速度位置估计完全取决于电机参数的准确性,因为估计过程是开放的,电机参数的变化会大大降低速度估计的准确性,严重影响系统的稳定性。

第二种方法主要基于各种观测器的闭环算法,例如,滑模观测器法和自适应全阶状态观测器法。滑模观测器法是根据观测电流与实际电流之间的误差设计滑模观测器,并通过电流误差重建电机的反电子速度。滑模观测器方法的重点是滑模表面的选择和滑模增益的选择既要保证算法的收敛性和收敛速度,又要避免滑模增益过大导致电机运行引入过大脉动。滑模观测器法受系统参数变化和外部扰动影响较小,观测结果较好。自适应全阶磁链观测器也是一种闭环方法。观测器状态向量的维数与电机状态向量的维数相同。其思想类似于模型参考自适应法,即异步电机本身作为参考模型,全阶观测器作为可调模型。观测方法是通过电机的数学模型来估计电机的状态,并通过反馈校正不断校正,使观测器模型与电机输出趋于一致。

。更典型的是高频信号注入法。其主要原理是在电机定子侧注入高频电压或高频电流信号。注入的高频信号将在电机中形成高频磁场。由于电机具有转子结构凸极性、转子饱和凸极性等非理想特性,这种非理想特性会调节高频磁场,使电机定子侧产生与电机位置和速度相关的高频电压或电流信号,通过提取有效信号和解调制获得电机的速度和位置信息。此外,不同于使用转子凸极性的方法,注入高频信号后使用dq检测转子磁链位置的方法不依赖于电机的转子凸极性,是基于高频注入法电机无传感器控制的新思路。

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