基于改进反电势积分永磁同步电机位置检测,本论文主要论述了电势论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
电势论文参考文献：
摘 要：针对传统反电势积分法在永磁同步电机无位置传感器位置检测中存在的积分初值问题和易引入直流偏量问题,提出了一种基于自适应补偿算法的改进积分器的转子位置检测方法,其利用理想的定子磁链和反电动势正交这一事实,对定子磁链进行估测和修正,若估测的定子磁链发生畸变,该正交性随即被破坏,所以可将正交偏差量经过调节器后作为补偿信号反馈回磁链估计通道,经这种自适应补偿后,很好地解决磁链估计中出现的积分初值问题和直流偏移问题,从而可准确估算出电机转子位置.仿真和实验不仅验证了该方法的有效性,也对其和传统反电势积分法进行了比较研究.实验结果表明,经自适应补偿的反电势积分法能在宽转速范围内准确估算出电机转子位置.
关键词：永磁同步电机；积分初值；直流偏量；自适应补偿；位置检测
DOI：10.15938/j.emc.2016.02.006
中图分类号：TM 341
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2016）02-0036-07
0 引言
永磁同步电机的转子系统是采用永久磁铁产生气隙磁通,不需要外部励磁,所以能获得很高的功率密度和转矩惯量比,节能效果显著.近年来随着材料技术、电力电子器件、高性能集成电路的发展,基于矢量控制技术的永磁同步电机在各种高效节能的控制场合得到广泛应用.为实现永磁同步电机的高精确度控制,就需要获得精确的转子位置和速度信息,这些信息一般通过光电码盘、测速发电机、旋转变压器等机械式传感器获取,但这会带来电机设计复杂度和成本的增加、安装维护困难、易受外界干扰等问题.因此,永磁同步电机的无传感器控制一直成为围内外的研究热点.
目前,永磁同步电机常用的无位置传感器控制方法主要分为两大类：一类为基于电机凸极效应的高频注入法,这类方法需要增加额外的带通滤波器,在中低速域的效果明显,但随着转速的升高由于高频注入电流和基频电流之间的频率越来越接近,滤波器分辨率随之下降,估算效果变差,且该方法不适用于表贴式永磁同步电机；另一类为通过电机的反电势或状态观测器估计转子位置的方法,主要有：模型参考白适应法、扩展卡尔曼滤波法、变结构观测器等.基于各种状态观测器的估算法其鲁棒性较好,但实时计算量大.动态响应不是很理想.反电势法是基于永磁电机内部的电磁关系,根据实时检测的定子电流和电压来估算转子的位置.这类算法的优点是简单高效,易于实现,缺点在于低速时无法获取足够大的反电动势,电机参数变化对位置估算精确度影响巨大.KIM J S等表明反电势积分法在高于额定转速10%的情况下,具有较好的位置和速度估算结果,在低于5%额定转速时估算结果不稳定.另外,传统的反电势积分法存在磁链积分的直流偏量问题和初值问题,需要进行额外的硬件处理或软件补偿.
李自成等提出采用低通滤波器代替纯积分环节,该方法对定子磁链中的直流成分能进行有效抑制,但定子磁链中交流成分的幅值和相角都会发生不同程度的衰减.Bose B K等采用可编程的级联低通滤波器,理论上可很好的克服直流偏量的影响,但该方法对级联低通滤波器的截止频率的选取要求非常苛刻,实际中难以达到理想的效果.Li Yong等提出另一种改进的低通滤波器,它用一阶低通滤波器代替纯积分器,然后对磁链幅值和相位进行补偿,此方法既可消除纯积分器的直流成分,又可抑制低通滤波器的幅值衰减,但由于限幅而引起的纯积分器和低通滤波器切换时,定子磁链相位将发生突变,很不稳定.许峻峰等采用了一种幅值限定的改进积分器,实验结果表明,该方法能有效解决Li Yong等方案中存在的直流限幅基准选择不当增大相位误差,导致输出信号波形畸变问题,但该方案不适用于电动机磁链幅值变化的场合.Hu Jun等提出的一种基于自适应补偿算法的改进型积分器很好地解决了这一问题.
本文在Hu Jun等的基础上,将这一改进型积分器引入到永磁同步电机矢量控制的位置检测中,并对比了这几种积分器对永磁同步电机转子位置估算精度的影响.仿真和实验结果验证了该方法的有效性.
1 基于反电势积分的永磁同步电机转子位置估算方法
在静止坐标系αβ坐标系下,永磁同步电机的数学模型可表示为：随着转子转速的上升,反电势的增大,这种方法估算转子位置的精确度显著提高.然而在低速时,由于传统的反电势积分法存在着纯积分环节,这将很容易引入积分初值误差和直流偏移误差,哪怕这种误差很小,都最终会导致积分器的饱和,从而影响到永磁同步电机转子位置的估算精确度,因此需要一种改进的反电势积分法对这一问题加以克服.2反电势自适应补偿积分器的设计
在实际应用中,由于AD采样精确度、测量噪声、误差积累以及直流偏移等非理想因素的影响,使得电动机在低速运行时采用纯积分器很难实现定子磁链的准确计算.假设纯积分器的输入为一带有微小直流分量B的正弦函数时,如输入x等于ωAsinωt+B,它的输出为
其中Co等于Acosωto- Bto,可见,不管直流分量B有多么微小,只要它不为0,就会随时间t的延长使直流成分增大,直至饱和,另外采用一般反电势积分法估算转子位置需要知道定子磁链的初值,即转子的初始位置,然而在电机正常运行时,积分初值Co往往难以准确估计.
针对纯积分器在电机定子磁链估计方面的不足,可考虑采用低通滤波器代替纯积分器.
低通滤波器的传递函数为τ/（1+τs）,τ为滤波器的时间常数,1/τ等于ω,为截止频率.它的传递函数可进一步演变
它的信号传递图如图1所示,
可见,低通滤波器τ/（1+τs）可看成是由一个纯积分环节和一个高通滤波器组合而成.纯积分环节正是估算定子磁链所需的算法,而高通滤波器则可将积分输出中的直流成分滤除.
假设输入信号为ωAsinωt+B,低通滤波器的传递函数为τ/（1+τs）,它对应的微分方程为
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