浅谈交流电机无速度传感器控制策略
基于SVPWM的交流电机无速度传感器矢量控制系统仿真研究
西南交通大学本科毕业设计（论文）外文资料翻译年级: 2006级学号:姓名: 古国粹专业: 电气工程及其自动化指导老师: 陆可2010 年 6月基于SVPWM的交流电机无速度传感器矢量控制系统仿真研究摘要本文根据空间矢量脉宽调制技术的基本原理将空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的算法应用于无速度传感器矢量控制系统，用以提高无速度传感控制性能。
对应用于异步电机控制，基于SVPWM矢量控制策略的电压源逆变器进行了研究。
为了验证此方法的正确性和可行性，本文提出了一种模拟方法用以估计电机速度进而实现一个简单的无速度传感器系统。
这个系统由动态仿真工具Matlab/Simulink软件中的交流电机模型来实现。
仿真结果表明，该方法在整个可调速范围内提供了定子磁链和转子转速的估计，并且可以提高控制精度。
关键字：SVPWM；无速度传感器；矢量控制；电压空间矢量；Ⅰ 简介由于传统的电机速度传感器不仅在安装维护和可靠性上都存在一些问题，而且由于其控制精度较低，这个课题现已成为研究热点。
逆变器的输出电压特性主要是由脉冲宽度控制策略决定的。
对于工程应用，正弦脉宽控制（SPWM）是最常用的控制方法。
它需要的计算量较少，而且易于实现，但其直流电压利用率和逆变器的传输能力较低。
与SPWM相比，SVPWM技术具有直流电压利用率高，输出电压多样化，电压纹波小的优点。
然而，由于其计算复杂的弊端和实时控制的难以实现，在逆变器不断改进的同时限制了SVPWM技术的应用。
近年来，由于易于实现，直流电压利用率高达100%等优点，许多先进的SVPWM算法被提出并且得到广泛应用。
陈国呈，宋文祥，吴辉和孙成波提出了一种新的适用于三电平中点钳位式电压源逆变器的SVPWM控制策略，此法基于所有多余电压矢量的特殊控制[2]。
在[3]中，作者提出了一种新的基于非正交坐标系N电平逆变器的空间矢量脉宽控制（SVPWM）算法。
该算法可以很容易的判断参考空间矢量所在处的扇区，并且可以采取简易措施判断各个矢量的占空比。
基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术研究
基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术研究现代工业中，传感器已经成为了一种非常重要的设备，经常被用来感知各种物理量，例如电流、温度、压力等等。
其中，无速度传感器是一种非常实用的传感器种类，其可以直接测量电机的输出角度，因此被广泛应用于电机控制领域。
本文将基于新型磁链观测器来研究无速度传感器感应电机控制技术，探讨其优点及存在的问题。
无速度传感器感应电机控制技术是一种直接根据电机输出的转子位置角度来推算电机输出转速的技术。
在实际应用中，为了确保电机的精准空间控制，需要通过测量转子的位置角度，将这些数据发送至控制器，以帮助控制器预测电机的输出转速。
而无速度传感器技术则可以避免使用复杂的转速传感器，从而降低了制造成本，减少了整个系统的体积，提高了器件的可靠性。
新型磁链观测器则是用来观测电磁场的变化，从而精确推算出电机的位置和速度。
它被广泛应用于无刷直流电机的转速控制系统中，可用于传感器监控死区、空载、过载和超速等状况。
该技术的具体实现步骤如下：首先，用数字信号处理器（DSP）采集各磁极施加的电压和角度测量电路测量得到的转子角度信息。
然后，通过对这些数据进行处理和分析，可以利用数学模型计算出电机的位置和速度。
最后，将这些数据反馈给电机控制器，使电机控制器可以根据这些数据进行调整，调整电机的输出力矩和输出角度，以达到最佳的效果。
使用新型磁链观测器的无速度传感器技术具有以下优点：首先，该技术不需要反馈很高的分辨率和动态范围，因此，对于一些特殊应用场合，可以采用价格较低的模块，节约成本；其次，使用无速度传感器技术可以避免由于控制误差产生的振荡问题，提高了系统的稳定性和可靠性；最后，该技术具有更好的机械耐用性和抗外干扰能力，适用广泛。
然而，在实际应用中，新型磁链观测器的无速度传感器技术也存在着一些问题。
首先，与传统的转速传感器相比，其灵敏度较低，不同的电机可能需要不同的传感器参数。
其次，无速度传感器技术会造成一定的误差，尤其是在高负载和超速的情况下，误差可能会较大。
《2024年永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》范文
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）在工业、汽车、航空等众多领域得到了广泛应用。
然而，传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取转子的位置信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能受到环境因素的干扰。
因此，研究无位置传感器控制策略对于提高PMSM的性能和可靠性具有重要意义。
本文将重点研究永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略，旨在为PMSM的进一步应用提供理论依据和技术支持。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种基于磁场相互作用原理的电机，其转子采用永磁体材料制成。
当电机通电时，定子产生的磁场与转子永磁体产生的磁场相互作用，使转子按照一定的速度和方向旋转。
PMSM具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，在许多领域得到广泛应用。
三、无位置传感器控制策略无位置传感器控制策略是实现PMSM控制的重要技术。
目前，常见的无位置传感器控制策略包括基于反电动势的估计方法、基于电流模型的方法、基于卡尔曼滤波器的方法等。
这些方法在不同的速度范围内具有不同的优缺点。
四、全速度范围无位置传感器控制策略针对PMSM的全速度范围无位置传感器控制策略，本文提出一种基于多种控制策略的综合方法。
在低速阶段，采用基于反电动势的估计方法，结合特定的启动策略实现稳定启动和位置跟踪；在高速阶段，采用基于电流模型的方法或卡尔曼滤波器等方法进行位置估计。
同时，根据电机运行状态和负载变化，实时调整控制策略，保证电机在不同速度范围内的稳定性和准确性。
五、实验与结果分析为了验证所提出的全速度范围无位置传感器控制策略的有效性，本文进行了大量实验。
实验结果表明，该控制策略在全速度范围内均具有较高的精度和稳定性。
在低速阶段，通过特定的启动策略实现了快速稳定启动和位置跟踪；在高速阶段，采用多种估计方法有效减小了位置估计误差。
此外，在不同负载和工作环境下的实验结果也证明了该控制策略的鲁棒性和可靠性。
交流感应电机控制策略
交流感应电机控制策略
交流感应电机的控制策略可以分为以下几种：
1. 矢量控制（也称为矢量控制或矢量变频器控制）：通过测量电机电流和转子位置来控制电机的转矩和速度。
该控制策略可以实现电机的良好动态性能和高效率，适用于高性能应用。
2. 直接转矩控制（DTC）：通过测量电机电流和电压来直接控制电机的转矩和速度，不需要使用速度传感器。
DTC可以实现快速和准确的转矩响应，适用于需要快速变换负载的应用。
3. 基于空间矢量调制（SVM）的控制：将电机的电流向两个正交坐标轴进行变换，实现电流和转矩的独立控制。
SVM控制可以有效降低电机的谐波和噪音，提高电机的效率。
4. 感应电机励磁控制：通过调整电机的定子电压和频率来控制电机的励磁，实现电机的转矩和速度控制。
这种控制策略可以改变电机的励磁特性，适用于需要改变电机运行特性的应用。
以上是常见的交流感应电机控制策略，根据具体应用和要求可以选择合适的控制策略。
无速度传感器矢量控制原理
无速度传感器矢量控制原理无速度传感器矢量控制（Sensorless Vector Control）是一种在没有速度传感器的情况下实现电机精确速度和转矩控制的方法。
该控制方法广泛应用于交流电机，如感应电机和永磁同步电机。
无速度传感器矢量控制原理的核心在于通过电机自身的电压和电流信息，估计出电机的转速和转矩，进而控制电机的运行状态。
无速度传感器矢量控制的实现需要以下主要步骤：1. 电流采样与转换：首先，需要对电机的三相电压和电流进行采样并进行模数转换，通常使用模数转换器（ADC）来完成这项工作。
采样频率应该足够高，以确保对电流的精确测量。
2. 电流控制环：电流控制环的目的是保持电机的电流和预期值保持一致，以实现所需的电机转矩控制。
电流控制环通常由PID控制器组成，控制器使用电流误差信号来调整电机的电压，使电流保持在预期值。
3. 电流解耦：在电流控制环之后，需要进行电流解耦操作，将三相电流转换成直流坐标系下的两个分量：一个是磁场分量，另一个是扭矩分量。
这一步骤的目的是消除电机中的交叉耦合，使得电机的控制更为简单。
4. 转速和转矩估算：在无速度传感器的情况下，需要通过电流和电压信息来估计电机的转速和转矩。
估算转速的常用方法是利用感应电机的反电动势（back-EMF）或者永磁同步电机的电压方程，并使用观测器来估计转速值。
转矩的估算可以利用电流和电压信息，结合电机的恒功率特性来进行估算。
5. 转速和转矩控制：通过估算出的转速和转矩值，可以根据要求设定所需的转速和转矩控制策略。
通常采用PID控制器来根据转速和转矩误差来调整电机的电压，以使电机的运行状态达到设定值。
需要注意的是，无速度传感器矢量控制虽然可以不依赖于传感器来实现电机的速度和转矩控制，但在实际应用中，需要具备准确的电机模型和参数，以及高性能的数字信号处理器（DSP）或者微控制器（MCU）来实现控制算法。
此外，该方法在低速和低转矩运行时可能存在一些误差，因此在特定应用场景中，可能还需要使用速度传感器来提高控制的准确性。
无速度传感器高性能交流调速控制的三条思路及其发展建议
无速度传感器高性能交流调速控制的三条思路及其发展建议陈伯时1 杨耕21.上海大学2.清华大学 摘要:深入探讨了现有产品和研究成果中的无速度传感器高性能异步电动机调速系统的控制方案,找出其获得转速信号方法的三条思路:①基于电动机数学模型计算转速(开环计算转速);②基于闭环控制作用构造转速信号(闭环构造转速);③利用电动机结构上的特征提取转速信号(信号处理)。
着重分析了各种方法的优点和存在的问题,从而对进一步发展提出有可能创新的建议。
关键词:无速度传感器 异步电动机调速系统 数学模型 P I控制Three Approaches to the Con trol Stra teg ies of Sen sorless H igh-perfor mance AS DSyste m s and Proposa ls for the ir D evelop m en tChen Bo sh i Yang GengAbstract:T he existing contro l strategies of senso rless h igh2perfo r m ance adjustable speed system s of in2 ducti on mo to rs in industrial p roducts and research ach ievem ents are tho rough ly investigated.T hen th ree ap2 p roaches to get the speed signals are found out,i.e.①to calculate the speed based on m athem atical models of mo to rs(open loop calculati on),②to construct the speed signal based on clo sed loop contro l(clo sed loop con2 structi on),③to p ick up the speed signal from the features of mo to r structure(signal p rocessing).A dvan2 tages and existing p roblem s of all m ethods are analyzed and then p ropo sals,m aybe new ideas,fo r their fur2 ther developm ent are put fo r w ard.Keywords:speed senso rless adjustable speed system s of inducti on mo to rs m athem atical model P I contro l 无速度传感器的高性能异步电动机调速系统是当前受到国际电气传动界普遍关心的一项研究课题和开发项目。
交流异步电机无速度传感器低速控制策略研究的开题报告
交流异步电机无速度传感器低速控制策略研究的开题报告一、研究背景随着工业自动化的不断推进，异步电机作为最常用的工业驱动器件之一，在生产和制造过程中已得到广泛应用。
当前，异步电机的低速控制是电机控制领域的研究热点之一，但目前市场上大多数低速控制方案基于速度传感器作为反馈的基础，存在成本高、易受干扰等问题。
因此，如何研究异步电机无速度传感器低速控制策略，提高其稳定性和精确度，对于异步电机的应用和发展具有重要意义。
二、研究内容该项目计划通过对异步电机的结构特点、控制理论和现有低速控制方案等方面的研究，来探索异步电机无速度传感器低速控制策略的可行性和优越性，并进一步开展以下研究内容：1. 异步电机的结构及控制原理通过研究异步电机的电磁学基础、工作原理和控制方法，了解异步电机的结构特点及其控制的基本原理，为后续的研究提供基础理论支持。
2. 异步电机无速度传感器低速控制的现状分析对已有的异步电机低速控制方案进行分析，并对其优缺点进行比较，以便实现对目前异步电机低速控制的先进技术和研究成果的了解。
3. 基于瞬时转速估算的低速控制策略基于瞬时转速估算的无速度传感器低速控制方案是其中一种研究方向，研究其控制算法和实现过程，增强控制精度和可靠性。
4. 基于电流矢量控制的低速控制策略基于电流矢量控制的低速控制方案是另一种研究方向，研究其控制算法和实现过程，并探究如何解决控制器对初始状态要求较高的问题。
5. 系统构建及实验结果验证采用数字信号处理器（DSP）作为控制器，并对控制方案的效果进行实验验证，探究控制方案的实用性和有效性。
三、研究意义本研究对于推动电机无感控制技术、促进国内异步电机技术发展、实现传感器化和数字化控制等方面具有重要意义：1. 推动低速电机控制技术的发展异步电机作为最常用的工业驱动器件之一，在生产和制造过程中已得到广泛应用。
通过本研究，可以为低速电机控制技术的发展提供新的思路和方案，提高其稳定性和精确度，更好地满足工业生产需要。
交流电机无传感器低速驱动技术分析
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电 气传 动 ２ １ ０Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ １ Ｖｏ．０ Ｎ ． Ｌ Ｃ ＲＣＤ Ｉ ００ １４ ｏ ３
交 流 电机无 传 感 器 低 速驱 动 技术 分 析
王 庆龙 ， 张兴。 张崇巍 王敬 生 ， ， （．合肥 学 院 电子信 息与 电 气工程 系 ， １ 安徽 合肥 ２ ０ ０ ； ３ ６ １
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交流电机驱动系统的无传感器控制策略研究
交流电机驱动系统的无传感器控制策略研究近年来，交流电机作为一种重要的电动机类型，被广泛应用于各种工业领域。
而在交流电机驱动系统中，无传感器控制策略的研究与应用，正逐渐成为学术界和工业界关注的焦点之一。
本文将就交流电机驱动系统的无传感器控制策略进行深入研究和讨论。
首先，交流电机驱动系统中的传感器通常用于测量电机的转速和位置，以实现精确的控制。
然而，传感器的使用不仅会增加系统的成本，还会增加系统的复杂性和故障率。
因此，研究无传感器控制策略成为了一项重要的课题。
NO反馈作为一种无传感器控制策略，已经被广泛研究和应用。
其核心思想是通过数学模型和参数估计算法，实现对电机转速和位置的准确估计。
NO反馈控制策略主要包括模型自适应控制、滑模控制和观测器控制等。
这些控制策略通过对电机的电流、电压和角度等变量进行测量和估计，实现对电机转速和位置的准确控制。
模型自适应控制是一种常见的无传感器控制策略。
其主要思想是通过对电机模型参数的在线估计，实现对电机转速和位置的精确控制。
模型自适应控制通常基于最小二乘法或扩展卡尔曼滤波算法，并结合电流反馈控制或速度反馈控制，实现对电机转速和位置的准确估计。
滑模控制是另一种重要的无传感器控制策略。
其核心思想是通过构造滑模面，使得电机状态跟踪滑模面，并通过控制器的设计，实现对滑模面上电机状态的精确控制。
滑模控制通常基于电流反馈或速度反馈，通过对电机状态的测量和估计，实现对转速和位置的准确控制。
观测器控制是一种基于模型观测器的无传感器控制策略。
其主要思想是通过建立电机的数学模型，并通过估计器对模型的未知参数进行估计，实现对电机状态的准确观测和控制。
观测器控制通常基于卡尔曼滤波或扩展卡尔曼滤波算法，通过对电机状态的观测和估计，实现对转速和位置的准确控制。
无传感器控制策略虽然可以减少系统成本和复杂性，但也存在一些挑战和限制。
首先，由于模型误差和参数估计误差的存在，传感器的准确性和稳定性可能无法得到保证。
感应电机无速度传感器控制及非线性补偿研究
感应电机无速度传感器控制及非线性补偿研究感应电机是一种常见的交流电机，其无速度传感器控制及非线性补偿研究成为了当前颇受关注的热点话题。
本文将对感应电机无速度传感器控制及非线性补偿的研究进行探讨，并分析其在实际应用中的意义和挑战。
感应电机无速度传感器控制是一种基于模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control，MRAC）的方法。
传统的控制方法需要使用速度传感器来获取准确的转速信息，但传感器的安装和维护成本较高，并且容易受到外界干扰。
因此，研究人员开始探索无速度传感器的控制方法，以提高感应电机的控制性能和稳定性。
在感应电机无速度传感器控制中，主要的挑战是如何准确地估计电机的转速。
其中一种常用的方法是基于转矩和电流信息的转速估计方法。
该方法通过测量电机的转矩和电流，结合电机的模型，利用数学算法来估计电机的转速。
这种方法可以通过计算来获得转速估计值，而不需要实际的速度传感器。
另一方面，感应电机的非线性特性也给控制带来了一定的挑战。
感应电机的非线性特性包括饱和、温度效应、磁滞效应等。
这些非线性特性会对电机的控制性能产生负面影响，导致控制系统的精度下降和稳定性下降。
因此，研究人员开始研究感应电机非线性补偿方法，以提高控制系统的性能。
在感应电机非线性补偿方面，常用的方法是利用模型参考自适应控制的理论，并结合神经网络、模糊逻辑控制等方法进行补偿。
模型参考自适应控制是一种基于模型的控制方法，通过建立电机的数学模型，并参考模型进行控制，同时通过在线调整参数以适应电机的非线性特性。
神经网络和模糊逻辑控制则能够对电机的非线性特性进行建模和预测，并根据预测结果进行相应的补偿控制。
感应电机无速度传感器控制及非线性补偿的研究对于提高感应电机的控制性能和稳定性具有重要意义。
通过无速度传感器的控制方法，可以降低电机系统的成本和复杂性，提高系统的可靠性。
而非线性补偿方法则可以提高控制系统的精度和稳定性，使电机在不同工况下都能保持良好的性能。
无速度传感器电机控制系统的意义、现状与研究方向
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Ｏ 引 言
在用 电系统中， 电动机作为主要的动力设备 广泛应用于ｇ４ 方面 。交流异步电动机因为结构 ＂ 简单 、 体积小、 重量轻 、 维护方便的特点 ， 在生产生
活中得到了广泛的应用 ， 与其他 电动机 相比一直 占据很大的市场份额。调速性能作为电动机的主
的热点 ， 目前 ， 国内外的许多高校和研究所都投入 了大量的精力来对无速度传感器交流电机的调速 性能进行探索 。
速度 ， 但是这样 ， 不但增加了成本 ， 破坏了交流调 速 系统的简易性 ， 同时机械上的误 差还会影响检 测精度和控制性能降低可靠性 ， 增加了 电动机 安 度传感器的调速系统一直受到人们的青睐。无速 此外 ， 速度传感器不适合于在 度传感器交流电机控制系统一直是近几年来研究 装和维护上的困难 ；
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交流伺服系统无速度传感器模糊控制策略研究
基于无源控制的无速度传感器异步电机调速控制
科技与创新┃Science and Technology &Innovation2017年第7期·96·文章编号：2095－6835（2017）07－0096－01基于无源控制的无速度传感器异步电机调速控制杨振元，关艳翠（新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830021）摘要：交流电机是一个多变量、非线性、多扰动、强耦合的机电能量转换装置。
随着计算机、电力电子等技术的发展，为交流电机控制方法提供了更多的可能，因此，将非线性控制理论等引入到了交流电机的调速研究当中，无源控制理论就是其中一种。
与其他非线性控制技术相比，无源控制技术具有稳定性、对参数变化有一定的抗扰作用等特点，极大地提高了电机的控制效果。
关键词：无源控制；无速度传感器；异步电机；调速系统中图分类号：TM343文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2017.07.096近年来，各国加大了对无速度传感器控制系统的研究，提高了系统获取转速信息的速度和准确度。
经过20多年的研究，取得了一定的成效。
无速度传感器控制系统不需要检测硬件，解决了速度传感器需要各种检验硬件支持的问题，降低了传感器的成本，提高了系统的可靠性。
此外，无速度传感器的体积比较小、质量轻，控制器与电机不需要连线，大大提高了系统的便利性，广泛应用在无速度传感器的异步电机调速系统中。
1无源控制方法1.1PI 自适应控制这种控制方法是通过PI 自适应控制器获得某些量的误差信息的，从而获得转速信息，这是一种算法简单、效果明显的估算方法。
1.2动态速度估算法以电机模型为基础，通过转子磁和转子反电估算，这种估算方法直观性强、计算方法简单。
但由于这种估算方法缺少误差校正环节，所以，抗干扰能力差，对电机参数变化比较敏感。
然而，在应用过程中，通过参数的辨识能力和误差校正能力可提高控制系统抗干扰的鲁棒性，从而提高系统的控制能力。
1.3扩展卡尔曼滤波器法这种控制方法将每一个估算法看成模型线性，估算机电的转速，并将机电的转速看成一个状态变量。
异步电机无速度传感器矢量控制策略综述
异步电动机无速度传感器矢量控制策略综述曹少中(北京印刷学院信息与机电工程学院，北京102600)摘要：无速度传感器控制是当前国内外交流电机传动的热点，本文以近两年发表在国际重要学术期刊和会议上的相关学术论文为主要调研对象，对于异步电动机无速度传感器矢量控制策略进行了综述,介绍了近年来国际上无速度传感器控制的传统策略和新进展：直接计算法、模型参考自适应法、转速观测器法、磁链观测器法、信号注入法、人工智能方法等。
阐述了这些常见转速估计方法的理论要点，并对以上方法进行了分析比较，指出了各种方法的优缺点和适用范围。
最后，对今后的研究方向提出了自己的建议。
关键词：异步电动机；无速度传感器；控制策略Review the Strategy for Speed Sensorless Vector Control ofAsynchronous MotorsCAO Shao-zhong(1. School of Information & Mechanical Engineering, Beijing Institute of GraphicCommunication , Beijing 102600,China)Abstract Speed sensorless control is one of the hotspots in international AC drive field.Both of the conventional and new strategy for speed sensorless vector control of asynchronous motor in this paper referred from the recent academic journals and academic conferences in the recent two years are summarized. Some frequently-used speed-estimation methods, such as direct computing method, model reference adaptive system, speed observer method, flux observer method，signal injection method, and artificial intelligence method, are introduced and both of their merits and dements ,as well as their application. The paper also discussed the fundamentals of the above methods. Finally, by comparisons of these strategies ,some suggestions for future researches fields are explored.Keywords asynchronous motor; speed sensorless; control strategy1 引言异步电动机因其结构简单、坚固耐用、运行可靠、成本低、易维护、可适合于大容量调速和工作于恶劣环境等优点，在工业领域得到了广泛的应用。
无速度传感器感应电机控制的新方法
过 控制 定 子 电压 使 电机 的 数 学 模 型 中 的 定 子 电 流 和 实 际 电 机 的 定 子 电流 相 等 ， 过 仿 真 证 实 了所 提 出 方 法 通
ｔｏｎ ． Ａ ｎ ｗ ｓ ｈｅ ｅ ｏｒ ｔ ｅ ｓ ｅ － ｅ ｓ ｒｅ ｓ ｏｎｔｏｌｏ ｔ ｎ ｉ ｓ ｅ ｃ ｍ ｆ ｈ ｐｅ ｄ ｓ ｎ ｏ ｌｓ ｃ ｒ ｆ ｈｅ ｉ ｄｕｃｉ ｍ ｏ ｏｒ ｔｏｎ ｔ ｗａｓ ｐｒ ｏｓ ｄ． Ｔ ｈｅ ｒ ｏｓ ｄ ｏｐ ｅ ｐ ｏｐ ｅ ｓ ｈｅ ｅ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ａ ｉｎ ｗｉｈ ｔｔ ｌ ｎｄ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔｍ ａ ｉ ｎ，ｉ ｈｉｈ ｔ ｏｎ ｒ ｌｅ ｔ ｔ ｃ ｍ ｓｂａ ｅ ｎ ｔ ｕ ｒ ｎｔｅ ｔｍ ｔｏ ｔ ｏｕ ｈｅｆｕｘ ａ ｐ ｅ ｓ ｉ ｔｏ ｎ ｗ ｃ ｈｅ ｃ ｔ ｏ ｌｄ ｓ ａ ｏｒ
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１ 引 言
在 感应 电机 的调速 装置 中往往 用 到速度 传感 器， 但是 速度 传感 器 的安装 会 在 电机 的轴 上 占有 很 大 的空 间 ， 少 了 系统 的可 靠 性 ， 减 增加 了成 本 。 不 同 的无转 速 传 感 器 控 制 方 法 已经 被 相 继 提 出 来， 例如 ： 型 参 考 自适 应 控 制 方 法［ ］ 卢 伯 格 模 １ ，
“交流电机无传感器控制技术”专题特约主编寄语
电气传动2021年第51卷第5期特约主编寄语随着功率半导体器件、材料技术和先进控制策略的发展和技术进步，交流电机驱动控制水平有了极大的提高，广泛应用于装备制造、国防军工、交通运输等领域的重大装备中，是支撑国民经济发展的重要基础。
无传感器控制、极端转速、高鲁棒性、高可靠性、高功率密度已经成为交流电机驱动控制的发展方向。
无传感器控制主要是指为了提升交流调速系统的可靠性及降低成本而采用的无速度/位置传感器控制，也包含了故障条件下的无/少电流传感器控制。
而双环控制系统中需要获取速度/位置及电流信息，必然需要依据电机模型或构造观测器等手段获取这些信息。
经多年发展，逐步形成了以交流电机PARK方程为基础的基于基波模型的辨识方法和以高频谐波注入为基础的基于电机谐波模型的辨识方法两大体系。
经过多年来科研工作者的不断积累和努力，中速段采用基于基波模型的辨识方法获取转速/位置信息，技术已基本成熟；在启动及低速段，因反电动势幅值过低，永磁电机往往采用高频谐波注入方法获取转子位置信息，但由此引入了高频噪声，已有学者采取随机注入等方法尝试解决；对异步电机的速度估计多采用状态观测器，但在起重机、绞车、电梯等重力负载场合，低速发电状态、零速、零频等工况下的速度估计稳定性问题尚未完全解决，在线参数辨识技术的准确性有待提升；在机床主轴、轨道交通、污水处理等高速区域，无论异步电机或同步电机，无传感器弱磁控制成为通用的方法，但随着载波比的降低，在连续域设计的电流控制器在数字化实现时受到延迟和离散化误差的影响，离散化方法的选择需要在精度和计算量之间权衡，那么通过设计电机的离散化模型，进而直接在离散域分析和设计电流环，是最佳选择。
随着变频调速技术的快速发展，在基本性能满足行业需求的条件下，如何提高变频调速系统的可靠性、安全性是亟待解决的问题，因此变频器的故障诊断及容错控制方法得到了广泛关注，将变频器视为传感器，利用变频器自身资源诊断电机的定子故障、转子故障、偏心故障等，也成为行业热点问题。
无传感器交流电动机控制技术提高了运行效率
无传感器交流电动机控制技术提高了运行效率
在家用电气市场领域，全球范围的节能和节水呼声非常高。
政府法令和建议条款正在重新定义一个节能和合理高效使用能源的时代。
为了满足政府的政策规定，以及降低系统成本，应用设计工程师正在使用高性能的数字信号控制器（DSC）。
基于数字信号控制技术的控制方案使用一个具有MCU功能的数字信号处理器，用于控制电动机的供电，这种方案能够非常容易的在单芯片上实现。
此外，灵活的外围设备也可以令设计工程师非常方便地实现各种各样的功能。
使用可调速电动机驱动器让设计工程师有机会设计更多非常复杂和精确的控制程序，并可以增强设备的性能，同时又能提高能效。
绝大多数家用电气中电动机所用的电子驱动器的控制是非常简单的，要么使用固定恒速电动机，要么就直接由交流电源驱动，而不需要额外的控制电路。
交流单相感应电动机（ACIM）由于成本低和可靠性高而得到非常广泛的应用，但它的效率低，而且调速困难。
调速电动机驱动器通过保持精确的转速控制，可以满足能效需求。
交流电动机的选择可以选择的电动机类型有交流单相感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。
为了对交流单相感应电动机调速，就必须调整供电的频率和电压，这通常是指恒定电压/Hz控制。
单相感应电动机速度驱动的效率可
以通过使用向量控制得到改善，但需要通过速度或位置传感器来精确测量速度，其结果就是成本会提高，而且需要很多配线。
永磁电动机不使用定子绕组实现磁场。
使用永磁体代替电磁激励有很多优点。
最常见的就是不会有激励损耗，这表明永磁电动机比其他电动机具有更高的功率密度。
它的总体效率接近90%，而交流单相感应电动机的效率只有大约。
无速度传感器高性能交流调速控制的三条思路及其发展建议
无速度传感器高性能交流调速控制的三条思路及其发展建议陈伯时;杨耕
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2006(36)1
【摘要】深入探讨了现有产品和研究成果中的无速度传感器高性能异步电动机调
速系统的控制方案,找出其获得转速信号方法的三条思路:①基于电动机数学模型计算转速(开环计算转速);②基于闭环控制作用构造转速信号(闭环构造转速);③利用电动机结构上的特征提取转速信号(信号处理).着重分析了各种方法的优点和存在的问题,从而对进一步发展提出有可能创新的建议.
【总页数】6页(P3-8)
【作者】陈伯时;杨耕
【作者单位】上海大学;清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM921
【相关文献】
1.基于MRAS和ADRC混合无速度传感器PMSM直接转矩调速控制系统研究 [J], 栾东雪;许鸣珠;李申山
2.基于无源控制的无速度传感器异步电机调速控制 [J], 杨振元;关艳翠;
3.基于无源控制的无速度传感器异步电机调速控制 [J], 刘辉;张斌
4.基于无源控制的无速度传感器异步电机调速控制 [J], 杨振元;关艳翠
5.无速度传感器高性能交流调速控制在船舶设计中的应用 [J], 卢飒
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浅谈交流电机无速度传感器控制策略
作者：吴宏宇吴兴宇史运涛
来源：《科技风》2016年第24期
摘要：目前，随着工业自动化的不断发展，交流电机将会被广泛使用。
同时由于无速度传感器技术具有低成本与高可靠性等优点，所以发展交流电机无速度传感器技术，对于提高科技生产力以及工业自动化具有极其重要的意义。
本文将简要介绍高性能无速度传感器交流电机控制策略，一种是异步电机与速度自适应全阶观测器相结合，另一种永磁同步电机与滑模观测器相结合的控制方法，旨在进一步促进高性能无速度传感器交流电机控制策略的发展。
关键词：交流电机；无速度传感器；全阶观测器；滑模观测器
随着电力电子技术、微电子技术、现代电机控制理论的迅速发展，交流电机获得快速的推广与应用[ 1 ]。
目前，在高性能交流电机控制领域中矢量控制[ 2 ]已经被广泛应用。
在实际应用中，为了进一步提高交流电机在不同环境下运行的可靠性，交流电机无速度传感器控制技术被提出。
无速度传感器控制方法主要分为两大类，一种为外部信号注入，这种方法只适应于极低速的工况运行，同时额外的信号注入会带来高损耗、噪声等问题。
另一种为基于交流电机模型的方法，如：模型参考自适应[ 3 ]、卡尔曼滤波[ 4 ]、滑模观测器[ 5 ]、自适应全阶观测器[ 6 ]等方法，这些方法具有很高的控制精度以及鲁棒性。
本文将重点介绍自适应全阶观测器、滑模观测器与矢量控制在交流电机无速度传感器技术中的应用。
1 速度自适应全阶观测器
对于异步电机来说，定子磁链和电磁转矩通常无法直接得到，一般是采用实时测量的电压电流信息和电机参数，并根据电机数学模型构造观测器来对内部的状态变量进行估计。
全阶观测器在较宽范围内都有很高的观测精度[ 7 ]，通过引入速度自适应环节后可以在观测定子磁链的同时估计电机转速，实现无速度传感器控制。
在全阶观测器的设计中，反馈增益矩阵与自适应率系数的设计直接关系到系统的稳定性、鲁棒性以及收敛速度[ 7 ]。
为了保证系统的稳定性与收敛性，本文将介绍一种采用极点左移的方法来设计增益矩阵并对其进行简化，最终得到一个常数增益矩阵。
引入速度自适应环节，可以利用李雅普诺夫函数推导出转速估计的自适应率[ 7 ]，在实际应用中为了保证估计转速的收敛速度一般采用PI调节器来代替纯积分环节。
2 滑模观测器
在无速度传感器永磁同步电机控制策略中，滑模观测器被广泛应用，因为其具有结构简单、鲁棒性强以及快速的动态响应[ 8 ]。
滑模观测器的主要思想是通过选取滑模面与滑模增益
来估计永磁同步电机中的反电动势信号，再经过正交锁相环来提取出同步转速以及转子位置信号。
由于逆变器非线性以及磁场谐波的存在，估计中的反电动势会产生6k±1谐波，导致转子位置估计不准，从而影响矢量控制中d、q轴的解耦。
许多学者提出了改进型方法通过虑除反电动势信号中的谐波，来提高转子位置信息的估计精度，如：自适应陷波器、级联式低通滤波器、神经网络等方法。
3 矢量控制
目前，矢量控制被广泛应用在交流电机控制领域中，矢量控制为一个双闭环控制系统，外环分别为转子磁链与电机转速控制环，内环为定子电流控制环。
矢量控制是通过把转子磁场定向到旋转坐标系中，然后把定子电流分解成d、q轴电流，最终采用PI调节器来分别控制转子磁链与电磁转矩。
这种解耦控制方法使矢量控制具有很好的稳态及动态性能，因此能够满足高性能交流电机控制领域的要求。
矢量控制中传统线性PI调节器的电流内环分为d、q轴两个独立的控制环，由于受到环路间存在交叉耦合项、控制器离散化处理时产生的误差、数字控制系统延迟等因素的影响，调节器的控制效果会产生劣化。
因此有许多学者提出将交流电机控制系统中的d、q轴电流环当作一个整体的方法，然后在离散域中建立交流电机的电流环数学模型，同时考虑数字控制系统的一拍延迟，在离散域中直接设计电流调节器[ 9 ]，最终基于自动控制原理，推导出电流调节器参数设计的最优值。
采用最优PI设计参数时，d、q轴电流动态响应快且不存在超调量。
这种交流电机电流调节器设计方法能够很好的与上面提高的无速度传感器技术相结合，从而进一步推广了交流电机在工业当中的应用。
4 结语
本文详细的研究了交流电机无速度传感器控制策略，主要介绍了速度自适应全阶观测器与滑模观测器，这两种控制方法具有结构简单、鲁棒性好、观测精度高等特点，使其在交流电机控制领域中被广泛使用。
本文也介绍了矢量控制在交流电机控制中的应用。
首先介绍了传统线性PI调节器并不能完全消除环路之间的交叉耦合项以及离散化所带来的误差，然后介绍了一种直接在离散域中设计的复矢量PI调节器。
这种方法很好的解决了环路之间的耦合以及离散误差等问题，为实现高性能交流电机无速度传感器运行提供了理论基础。
本文的研究结果为高性能交流电机无速度传感器运行提供了新型解决方案，具有较大的工业应用价值。
参考文献：
[1] Dai Ying， Song Liwei， Cui Shumei. Development of PMSM Drives for Hybrid Electric Car Applications[J].IEEE Trans. On Magnetics，2007，43（1）：434-437.
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[5] 张国强，王高林，倪荣刚，等.基于自适应线性神经元滤波的内置式永磁电机转子位置观测器[J].电工技术学报，2016，31（6）：47-65.
[6] W.Sun，Y.Yu，G.Wang，B.Li，and D.Xu，“Design method of adaptive full order observer with or without estimated flux error in speed estimation algorithm，” IEEE Trans. Power Electron.， vol. 31， no. 3， pp. 2609-2626， March 2016.
[7] 陈伟，于泳，杨荣峰，徐壮，徐殿国.异步电机自适应全阶观测器算法低速稳定性研究[J].中国电机工程学报， 2010，30（36）：33-40.
[8] H. Kim， J. Son， and J. Lee，“A high-speed sliding-mode observer for the sensorless speed control of a pmsm，” IEEE Trans. Ind. Electron， vol. 58， no. 9， pp. 4069-4077，Sept 2011.
[9] Kim H，Degner M，Guerrero J，et al.Discrete-Time Current Regulator Design for AC Machine Drives [J]. IEEE Transactions on Industry Applications，2010，46（4）：1425-1435.
作者简介：
吴宏宇（1982-），男，汉族，硕士研究生，研究方向为现场总线与电机控制；
吴兴宇（1990-），女，汉族，硕士研究生，研究方向数据处理与高性能控制；
史运涛（1975-），男，汉族，博士，教授，研究方向为混杂系统优化控制。