• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于PR控制及高頻信號(hào)注入的雙三相永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制

      2020-05-29 08:36:38斌,羅響,朱
      微電機(jī) 2020年4期
      關(guān)鍵詞:相電流同步電機(jī)三相

      徐 斌,羅 響,朱 莉

      (上海交通大學(xué) 電氣工程系,上海 200240)

      0 引 言

      和傳統(tǒng)的三相永磁同步電機(jī)相比,多相永磁同步電機(jī)具有很多優(yōu)勢(shì),如較低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、較低的直流母線電流諧波、低壓大電流以及高可靠性[1-2]。因此它被廣泛應(yīng)用到需要高可靠性和電壓等級(jí)被電池電壓限制的領(lǐng)域,如水下推進(jìn)器、電動(dòng)汽車等[3-4]。

      雙三相永磁同步電機(jī)是多相永磁同步電機(jī)的一種,又名不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī),由兩套相差30°電角度的三相定子繞組構(gòu)成。這兩套三相繞組由一臺(tái)電壓型六相逆變器驅(qū)動(dòng),如圖1所示。圖中,ABC和UVW分別為兩套定子繞組。

      圖1 雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)

      為了得到優(yōu)異的控制性能,電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置是必需的。通常是把編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器連到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上來(lái)獲得轉(zhuǎn)子的精確位置。但是這些位置傳感器有幾個(gè)缺點(diǎn),如低可靠性、額外的花費(fèi)、體積增長(zhǎng)等。因此在過去的二十年,電機(jī)的無(wú)位置傳感器變得越來(lái)越受歡迎。

      永磁同步電機(jī)的控制算法主要分成兩種。一種是基于反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)技術(shù)。當(dāng)電機(jī)處于中高速時(shí),這種無(wú)位置控制算法具有良好的控制性能。但是當(dāng)電機(jī)處于低速甚至零速時(shí),反電動(dòng)勢(shì)很小甚至為零,導(dǎo)致提取反電動(dòng)勢(shì)的信號(hào)信噪比很低,帶來(lái)極差的控制性能。另一種方法是基于轉(zhuǎn)子凸極性,如高頻信號(hào)注入法。當(dāng)電機(jī)處于零速或低速時(shí),這種方法能很好的估測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。

      對(duì)于雙三相永磁同步電機(jī),這些基于反電勢(shì)估計(jì)或轉(zhuǎn)子凸極性的無(wú)位置控制算法也是適用可行的[5]。文獻(xiàn)[6]基于反電動(dòng)勢(shì)估計(jì),設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了無(wú)位置傳感器控制??刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性由Popov超穩(wěn)定理論驗(yàn)證。但是由于這個(gè)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)是基于反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)的,因此不適合低速無(wú)位置傳感器控制。文獻(xiàn)[7]提出了一種改進(jìn)的零序載波脈動(dòng)信號(hào)注入方法。在兩組注入的高頻脈振信號(hào)有一個(gè)最優(yōu)的相角差來(lái)減少諧波,但是在兩個(gè)三相繞組中性點(diǎn)之間需要一個(gè)額外的電壓傳感器來(lái)測(cè)量零序電壓。如果只在一套三相繞組中注入高頻電壓信號(hào),雖然可以實(shí)現(xiàn)雙三相永磁同步電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制,但是注入的高頻電壓信號(hào)也會(huì)在另一套繞組中感應(yīng)出高頻電流,從而影響控制性能。因此,抑制第二套繞組中的高頻電流響應(yīng)就能減少諧波,降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),可提升無(wú)位置傳感器控制的性能。

      本文提出了一種基于PR(比例諧振)控制的高頻信號(hào)注入雙三相永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法。一組高頻余弦電壓信號(hào)被注入到ABC繞組的估測(cè)d軸。將高頻電流響應(yīng)通過一個(gè)帶通濾波器和一個(gè)低通濾波器,可以得到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差。再通過鎖相環(huán)可以得到估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置。同時(shí)使用PR控制器抑制UVW繞組中感應(yīng)出的高頻電流,以抑制高頻電流導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),提升控制性能。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PR控制可以有效地抑制UVW繞組中的高頻電流響應(yīng),提升了雙三相永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的性能。

      1 高頻注入算法

      根據(jù)雙d-q同步坐標(biāo)系理論,雙三相永磁同步電機(jī)的兩套三相定子繞組可以通過兩個(gè)相位相差30°的Clarke-Park變換陣變換到同一個(gè)d-q坐標(biāo)系上[8-9]。變換之后,電壓方程為

      (1)

      式中,ud1、uq1為第一套繞組的d軸和q軸電壓;ud2、uq2為第二套繞組的d軸和q軸電壓;id1、iq1為第一套繞組的d軸和q軸電流;id2、iq2為第二套繞組的d軸和q軸電流;ω為角頻率;Rs為定子繞組相電阻;ψfd為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈;Ld、Lq為d軸和q軸電感;Ldd、Lqq為d軸互感和q軸互感;

      使用高頻信號(hào)注入進(jìn)行無(wú)位置傳感器控制時(shí),只考慮高頻分量[10],因此雙三相永磁同步電機(jī)的高頻電壓方程可化簡(jiǎn)為

      (2)

      圖2 雙三相永磁同步電機(jī)估計(jì)坐標(biāo)系

      文中,一組高頻余弦電壓信號(hào)被注入到ABC繞組估測(cè)的d軸,即γ軸,如式(3)所示:

      (3)

      式中,Uh為高頻電壓信號(hào)的幅值,ωh為高頻電壓信號(hào)的頻率。

      在估計(jì)的d-q坐標(biāo)系即γ-δ坐標(biāo)系中,高頻電壓方程可寫成

      (4)

      (5)

      (6)

      圖3 轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器框圖

      2 PR控制

      由式(6)可以看出,在ABC繞組中注入高頻信號(hào),會(huì)在UVW繞組中感應(yīng)出高頻電流。由于UVW繞組中的高頻電流對(duì)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)沒有作用,只會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加。因此,抑制UVW繞組中的高頻電流,可以減小因高頻電流導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),提升無(wú)位置傳感器控制性能。

      由于注入的高頻電壓信號(hào)頻率固定,產(chǎn)生的高頻電流也是固定的,因此可以使用PR控制器來(lái)抑制UVW繞組中的高頻電流響應(yīng)[11-12]。理想PR控制器的傳遞函數(shù)為

      (7)

      式中,KP為比例增益,KR為諧振增益,ω0為諧振頻率。但是這個(gè)理想PR控制器只對(duì)單一的頻率ω0起作用,如圖4所示。但由于測(cè)量采樣的不準(zhǔn)確性,實(shí)際上會(huì)使用以下的變形,以對(duì)一定范圍的頻率起作用。

      (8)

      式中,ωb為諧振帶寬。這個(gè)PR控制器稱為準(zhǔn)PR控制器,實(shí)際運(yùn)用中,PR控制器一般就指準(zhǔn)PR控制器。理想的PR控制器和準(zhǔn)PR控制器的Bode圖如圖4所示,以KP=1,KR=100,ωb=3rad/s,ω0=500*2πrad/s為例。

      圖4 PR控制器Bode圖

      根據(jù)電機(jī)的參數(shù),需要對(duì)PR的參數(shù)進(jìn)行整定。由于PR控制只在UVW中使用,因此以UVW繞組id2的控制為例。由于積分環(huán)節(jié)主要作用是消除靜差,因此主要是整定KP、KR。系統(tǒng)的控制模型如圖5所示。

      圖5 UVW繞組id2控制模型

      式中,uh為注入的高頻信號(hào)產(chǎn)生的擾動(dòng),T為控制周期,Udc為直流母線電壓。

      首先對(duì)KP進(jìn)行整定,忽略諧振環(huán)節(jié)和擾動(dòng)環(huán)節(jié),系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

      (9)

      特征方程為

      (10)

      阻尼比為

      (11)

      KP=0.125

      (12)

      此時(shí),對(duì)于擾動(dòng)回路,若沒有諧振環(huán)節(jié),阻抗大小為

      ZP=sLd+KPe-sTUdc

      (13)

      將s=jωh代入,其中ωh=500*2πrad/s為注入高頻信號(hào)的角頻率,可得擾動(dòng)回路阻抗為

      ZP=8.03∠18.59°

      (14)

      由式(14)可知,擾動(dòng)回路阻抗小,對(duì)高頻信號(hào)抗擾能力差,需要加入諧振環(huán)節(jié),取ω0=ωh=500*2πrad/s,ωb=3rad/s此時(shí)擾動(dòng)回路阻抗為

      (15)

      要使由高頻擾動(dòng)uh產(chǎn)生的電流抑制為原來(lái)的3%,則需使ZPR是ZP的33.3倍。取KR=5,有

      (16)

      達(dá)到了電流抑制的目標(biāo),此時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)的Bode圖6所示。由圖6可以看出,加入諧振環(huán)節(jié)后,系統(tǒng)相位裕度為46.6°,PR控制能夠保持穩(wěn)定。

      圖6 PR控制系統(tǒng)Bode圖

      3 仿真及分析

      具體到控制,兩套三相繞組各自由經(jīng)典磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)控制。此時(shí)

      (17)

      圖7 基于PR控制的單繞組高頻信號(hào)注入控制框圖

      根據(jù)PR控制的單繞組高頻信號(hào)注入控制框圖以及PR控制器參數(shù),在Matlab/Simulink中建立相應(yīng)的仿真模型,電機(jī)的參數(shù)如表1所示。

      表1 電機(jī)參數(shù)

      給定轉(zhuǎn)速設(shè)為120r/min,直流母線電壓設(shè)置為64V。ABC繞組注入的高頻信號(hào)為fh=500Hz,Uh=3.2V。在無(wú)PR控制時(shí),A相電流、U相電流以及U相電流FFT如圖8所示。

      圖8 無(wú)PR控制

      由圖8可以看出,在沒有使用PR控制時(shí),U相電流含有較大的500Hz高頻感應(yīng)電流,THD有27.91%。由于疊加了電流角頻率,因此相電流中高頻電流頻率不是正好500Hz。

      加入PR控制后,A相電流、U相電流以及U相電流FFT如圖9所示。

      圖9 有PR控制

      由圖9可以看出,在使用PR控制后,U相電流中的500Hz高頻感應(yīng)電流很小,THD只有2.32%,說(shuō)明PR控制可以完美地抑制UVW繞組中的高頻感應(yīng)電流。

      4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

      根據(jù)控制理論和仿真模型,搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括一臺(tái)雙三相永磁同步電機(jī)、六相電壓型逆變器、直流電源和TMS320F28335微控制器,如圖10所示。

      圖10 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

      ADC的采樣頻率和逆變器的開關(guān)頻率都被設(shè)為10kHz。直流母線電壓設(shè)置為64V。一組高頻余弦電壓信號(hào)(fh=500Hz,Uh=3.2V)被注入到ABC繞組估測(cè)的d軸。

      當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度給定為120r/min,有PR控制時(shí),轉(zhuǎn)子實(shí)際位置、轉(zhuǎn)子估計(jì)位置、轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差如圖11所示??梢钥吹睫D(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差接近于0,轉(zhuǎn)子位置估計(jì)非常精確。意味著PR控制并沒有影響轉(zhuǎn)子位置的跟蹤性能。

      圖11 轉(zhuǎn)子位置估計(jì)性能

      圖12 無(wú)PR控制時(shí)A相電流、U相電流及U相電流FFT

      當(dāng)給定轉(zhuǎn)子速度為120r/min時(shí),無(wú)PR控制時(shí),A相電流和U相電流如圖12所示。根據(jù)U相電流的FFT,可以清楚的看到U相中存在500Hz的高頻感應(yīng)電流,由于疊加了電流角頻率,因此頻率有偏移。且A相電流的高頻分量要比U相電流的高頻分量要大,驗(yàn)證了式(6)。另外A相電流比U相電流相位超前30°,驗(yàn)證了文獻(xiàn)[8]的理論分析。

      加入PR控制后,A相電流和U相電流如圖13所示。根據(jù)U相電流的FFT,可以清楚的看到U相電流中幾乎沒有500Hz的高頻感應(yīng)電流,意味著PR控制可以完美的抑制ABC繞組注入的高頻電壓信號(hào)在UVW繞組產(chǎn)生的高頻感應(yīng)電流。

      圖13 有PR控制時(shí)A相電流、U相電流及U相電流FFT

      5 結(jié) 論

      本文提出了基于PR控制的改進(jìn)單繞組高頻注入的雙三相永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制。通過PR控制,抑制ABC繞組注入的高頻電壓信號(hào)在UVW繞組產(chǎn)生的高頻感應(yīng)電流。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和注入的高頻信號(hào)頻率,設(shè)計(jì)了最優(yōu)的PR參數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PR控制可以有效地抑制UVW繞組中的高頻電流響應(yīng),提升了雙三相永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的性能。

      猜你喜歡
      相電流同步電機(jī)三相
      單相三軸法與單軸三相法的等價(jià)性
      地鐵牽引逆變器輸出電流傳感器測(cè)試策略優(yōu)化分析
      輪轂電機(jī)控制器相電流重構(gòu)方法
      電子與封裝(2021年7期)2021-07-29 10:58:48
      永磁同步電機(jī)兩種高頻信號(hào)注入法的比較
      三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路在停車器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
      永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的自抗擾控制
      兩級(jí)式LCL型三相光伏并網(wǎng)逆變器的研究
      三相PWM整流器解耦與非解耦控制的對(duì)比
      一種同步電機(jī)參數(shù)識(shí)別的簡(jiǎn)便算法
      異步電機(jī)SVM-DTC系統(tǒng)中的相電流檢測(cè)研究
      大田县| 东海县| 衡南县| 镇沅| 个旧市| 齐河县| 临夏县| 合水县| 静宁县| 甘德县| 贵溪市| 阳西县| 陇南市| 武平县| 泸西县| 左权县| 小金县| 自贡市| 沅陵县| 乐安县| 永济市| 静宁县| 沙湾县| 翁源县| 疏附县| 闽清县| 临潭县| 邢台县| 柘荣县| 偏关县| 宝丰县| 永川市| 阿瓦提县| 平遥县| 敦煌市| 团风县| 灌南县| 临朐县| 剑河县| 建阳市| 吉隆县|