兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240261-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0261
收稿日期:
2024-04-08
上线日期:
2025-03-26
通讯作者:
基金资助:
WU Chun*(), SHI Shujuan, ZHU Chunqiao, ZHENG Luhua
Received:
2024-04-08
Online:
2025-03-26
摘要:
针对永磁同步电机下桥臂电流采样拓扑的无位置传感器控制系统,在低载波运行时受数字延时影响易导致位置估计精度低、电流纹波增大、稳定性差等问题,提出一种半周期计算、单采样双更新的空间矢量脉宽调制方法,有效减少系统数字延时。该方法在每个脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation, PWM)的载波过零处采样一次电流,并在采样结束后的半周期内完成目标电压矢量计算。考虑数字延时中电机转过的角度,将目标电压矢量在下一个PWM周期的前、后半周期输出,并分别补偿0.75Ts和1.25Ts等效延时(Ts为PWM周期时间),以减小目标电压矢量与实际输出电压矢量之间的误差。将新方法应用于采用模型参考自适应速度观测器的永磁同步电机无位置传感器控制系统中,实验结果表明该方法位置估计精度高、电流纹波小,且可以稳定运行于额定负载、载波比为4.0的工况。
吴春, 施淑娟, 朱春桥, 郑露华. 半周期计算单采样双更新的永磁同步电机低载波比下无位置传感器控制[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240261-.
WU Chun, SHI Shujuan, ZHU Chunqiao, ZHENG Luhua. A Half-period Calculation Single Sampling Double Update-based Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor under Low Carrier Ratio Conditions[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240261-.
方法 | 前补偿量 | 后补偿量 | 电流采样位置 |
---|---|---|---|
SSSU | 1.5Ts | 1.5Ts | 下桥臂或相线 |
FSSDU | 1.25Ts | 1.75Ts | 下桥臂或相线 |
HSSDU | 0.75Ts | 1.25Ts | 下桥臂或相线 |
DSDU | 0.75Ts | 0.75Ts | 相线 |
MSMU | (Ts/n)~(1/n+0.25)Ts | 相线 |
表1 不同采样更新方法的对比
Table 1 Comparison of different sampling update methods
方法 | 前补偿量 | 后补偿量 | 电流采样位置 |
---|---|---|---|
SSSU | 1.5Ts | 1.5Ts | 下桥臂或相线 |
FSSDU | 1.25Ts | 1.75Ts | 下桥臂或相线 |
HSSDU | 0.75Ts | 1.25Ts | 下桥臂或相线 |
DSDU | 0.75Ts | 0.75Ts | 相线 |
MSMU | (Ts/n)~(1/n+0.25)Ts | 相线 |
参数 | 数值 |
---|---|
额定电压/V | 48 |
额定电流/A | 10 |
额定转速/(r·min-1) | 3000 |
额定转矩/(N·m) | 1.27 |
极对数 | 5 |
永磁体磁链/Wb | 0.01156 |
定子电阻/Ω | 0.16477 |
d轴电感/mH | 0.181 |
q轴电感/mH | 0.185 |
表2 PMSM参数
Table 2 Parameters of test PMSM
参数 | 数值 |
---|---|
额定电压/V | 48 |
额定电流/A | 10 |
额定转速/(r·min-1) | 3000 |
额定转矩/(N·m) | 1.27 |
极对数 | 5 |
永磁体磁链/Wb | 0.01156 |
定子电阻/Ω | 0.16477 |
d轴电感/mH | 0.181 |
q轴电感/mH | 0.185 |
图9 在85%额定负载、2000r/min(Nratio=6.0)下无位置传感器的稳态控制性能(左)和相电流频谱(右)
Fig.9 Steady-state control performance(left)and current spectrum(right)of the sensorless control at 2000r/min(Nratio=6.0)under 85% rated load
图10 在85%额定负载、2550r/min (Nratio=4.7 )下无位置传感器的稳态控制性能(左)和相电流频谱(右)
Fig.10 Steady-state control performance(left)and current spectrum(right)of the sensorless control at 2550r/min(Nratio=4.7) under 85% rated load
图11 在加减50%负载、2000r/min (Nratio=6.0)下无位置传感器的暂态控制性能
Fig.11 Transient control performance of the sensorless control at 2000r/min (Nratio=6.0) under 50% rated load
图12 在100%额定负载、3000r/min(Nratio=4.0)下的无位置传感器控制的极限测试
Fig.12 Extreme test of the sensorless control at 3000r/min speed command (Nratio=4.0) under 100% rated load
方法 | 运行最高转速/ (r·min-1) | 最低 Nratio | 最低Nratio 电流幅值/A |
---|---|---|---|
SSSU-SVPWM | 1890 | 6.3 | 28 |
FSSDU-SVPWM | 2460 | 4.9 | 24 |
HSSDU-SVPWM | 3000 | 4.0 | 18 |
表3 极低载波比实验性能对比
Table 3 Performance comparison of lowest carrier ratio
方法 | 运行最高转速/ (r·min-1) | 最低 Nratio | 最低Nratio 电流幅值/A |
---|---|---|---|
SSSU-SVPWM | 1890 | 6.3 | 28 |
FSSDU-SVPWM | 2460 | 4.9 | 24 |
HSSDU-SVPWM | 3000 | 4.0 | 18 |
图13 在100%额定负载、3000r/min (Nratio=4.0)下HSSDU-SVPWM端电压与电流纹波图
Fig.13 Terminal voltage and current ripple of HSSDU-SVPWM at 3000r/min(Nratio=4.0)under 100% rated load
[1] |
王高林, 张国强, 贵献国, 等. 永磁同步电机无位置传感器混合控制策略[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(24):103-109,17.
|
|
|
[2] |
刘忠永, 国敬, 范涛, 等. 高性能永磁同步发电机无位置传感器控制策略[J]. 兵工学报, 2022, 43(11):2761-2772.
|
doi: 10.12382/bgxb.2021.0664 |
|
[3] |
陈桂明, 许令亮. 基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制[J]. 兵工学报, 2024, 45 (4):1129-1140.
doi: 10.12382/bgxb.2022.1059 |
|
|
[4] |
|
[5] |
苑国锋, 牛泽农, 郑春雨, 等. 一种低载波比下内埋式永磁同步电机离散龙贝格观测[J]. 电工技术学报, 2019, 34(2):236-244.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
洪俊杰, 何衍东, 黄健钊, 等. 采用改进复矢量的PMSM电流解耦控制[J]. 电机与控制学报, 2023, 27(6):106-115.
|
|
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
杨淑英, 刘世园, 李浩源, 等. 永磁同步电机无位置传感器控制谐波抑制策略研究[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(20):6075-6084,6188.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
王堃, 游小杰, 王琛琛, 等. 低开关频率下SHEPWM和SVPWM同步调制策略比较研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(14):333-341.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
齐放, 邓智泉, 仇志坚, 等. 基于MRAS的永磁同步电机无速度传感器[J]. 电工技术学报, 2007, 22(4):53-58.
|
|
|
[28] |
许中阳, 郭希铮, 邹方朔, 等. 永磁同步电机无速度传感器控制离散化方法研究[J]. 电工技术学报, 2019, 34(增刊1):52-61.
|
|
|
[29] |
钟臻峰, 金孟加, 沈建新. 基于分段PI调节器的模型参考自适应永磁同步电动机全转速范围无传感器控制[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(4):1203-1211,1297.
|
|
|
[30] |
|
[1] | 徐古轩, 赵峰. 基于自适应同步频率跟踪观测器的高速永磁同步电机无传感器控制[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240121-. |
[2] | 徐古轩, 赵峰. 基于零偏差型准比例谐振控制的高速永磁电机电流谐波抑制策略[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231092-. |
[3] | 魏嘉麟, 王又珑, 温旭辉, 陈晨, 李文善. 航空飞行器用300kW高速永磁同步电机优化设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1363-1373. |
[4] | 陈桂明, 许令亮. 基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1129-1140. |
[5] | 朱其新, 王嘉祺, 朱永红. 基于全部参数自适应Smith预估补偿的永磁同步电机滑模前馈控制及扰动抑制[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 417-428. |
[6] | 江秀红, 李佳欣, 刘彦娟, 王玉颖. 含反馈环的电动飞机驱动系统可靠性分析方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 451-457. |
[7] | 钱林方, 孙乐, 陈光宋, 佟明昊, 邹权. 无位置传感器电机控制在火炮装填应用的关键技术研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(10): 2417-2428. |
[8] | 孙承旭, 李琦, 范涛, 温旭辉, 李晔, 王艳艳, 谭平. 车用双层内嵌式永磁同步电机转矩脉动抑制方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(10): 2251-2259. |
[9] | 孟柳, 章回炫, 范涛. 永磁同步电机静止参数辨识及电流环控制器自动参数整定[J]. 兵工学报, 2021, 42(10): 2114-2122. |
[10] | 涂群章, 林加堃, 曾繁琦, 邹世超, 陆影. 永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(5): 953-960. |
[11] | 闫之峰, 马晓军, 魏曙光, 王静, 袁东. 交流全电炮控改进型空间矢量脉宽调制[J]. 兵工学报, 2012, 33(7): 816-821. |
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