<div>
	Синтез наблюдателя электродвижущей силы вращения синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов с переключаемой структурой и самонастраивающимися подсистемами фильтрации и оценки углового положения</div>

Нос Олег Викторович, Пудкова Тамара Валерьевна , Нос Наталья Ивановна

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-3-415-423

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-415-423

УДК 62-503.57

Синтез наблюдателя электродвижущей силы вращения синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов с переключаемой структурой и самонастраивающимися подсистемами фильтрации и оценки углового положения

Нос О.В., Пудкова Т.В., Нос Н.И.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Нос О.В., Пудкова Т.В., Нос Н.И. Синтез наблюдателя электродвижущей силы вращения синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов с переключаемой структурой и самонастраивающимися подсистемами фильтрации и оценки углового положения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 3. С. 415–423. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-415-423

Аннотация

Введение. В качестве основного источника механического движения часто применяются синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Они находят применение в составе высокоточных прецизионных систем слежения, автономных средствах передвижения, промышленных роботах, силовых тяговых установках морского применения, беспилотных летательных аппаратах. Это объясняется преимуществами данного класса электрических машин по сравнению с другими типами электромеханических преобразователей энергии, включая асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. С целью снижения стоимостных показателей электромеханических систем переменного тока желательно отказаться от установки на валу каких-либо датчиков. В этом случае формирование управляющих воздействий на объект осуществляется на основании измерения только электрических величин — трехфазных токов и напряжений. Метод. В работе предлагается решение задачи синтеза бездатчикового алгоритма векторного управления неявнополюсным синхронным двигателем с магнитоэлектрической системой возбуждения. Система построена на основе наблюдателя состояния полного порядка с преднамеренной организацией скользящего режима. В результате обеспечивается малая чувствительность выхода к негативному действию внешних сигнальных и внутренних параметрических возмущений. Для исключения влияния высокочастотных гармоник в оценках электродвижущей силы вращения статора на качество и точность вычисления углового положения вала предложено использовать полосовой фильтр с автоматическим слежением резонансной частоты за задающим воздействием на угловую скорость вала. С целью получения текущей информации о неизмеряемых механических координатах синхронной электрической машины применяется специальная динамическая подсистема восстановления текущей информации с самонастраивающейся структурой последовательного пропорционально-интегрального корректирующего устройства. Основные результаты. Эффективность и работоспособность метода подтверждена результатами моделирования в программном приложении MATLAB/Simulink. Моделирование выполнено в режиме пуска синхронной электрической машины с нулевых начальных условий под нагрузкой «вентиляторного» типа. Результаты моделирования показали, что синтезированный закон бездатчикового векторного управления обеспечивает высокое быстродействие в совокупности с малым отклонением оценки угла поворота ротора от текущего значения как в переходном, так и в установившемся процессах. Обсуждение. Предложенное решение в рамках бездатчикового векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами позволяет расширить диапазон регулирования механических координат электрической машины. Гарантируется малая чувствительность процессов оценки углового положения ротора к интервальному изменению параметров системы. Обеспечивается высококачественное подавление пульсаций вследствие разрывного характера процессов. Таким образом расширяются области практического применения частотно-регулируемого синхронного электропривода без установки датчика на валу.

Ключевые слова: синхронный двигатель с постоянными магнитами, бездатчиковое векторное управление, наблюдатель ЭДС вращения, скользящий режим, самонастраивающийся полосовой фильтр

Список литературы

Xu W., Qu S., Zhao L., Zhang H. An improved adaptive sliding mode observer for middle- and high-speed rotor tracking // IEEE Transactions on Power Electronics. 2021. V. 36. N 1. P. 1043–1053. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3000785
Qiao Z., Shi T., Wang Y., Yan Y., Xia C., He X. New sliding-mode observer for position sensorless control of permanent-magnet synchronous motor // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2013. V. 60. N 2. P. 710–719. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2206359
Nos O.V., Shtein D.A., Leus G.S., Nos N.I., Abramushkina E.E., Ignatev E.A. The simplified control technique for PMSM torque ripple reduction // Proc. of the 21st International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. (EDM). 2020. P. 475–481. https://doi.org/10.1109/EDM49804.2020.9153527
Zhukovskiy Y.L., Korolev N.A., Malkova Y.M. Monitoring of grinding condition in drum mills based on resulting shaft torque // Journal of Mining Institute. 2022. V. 256. P. 686–700. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.91
Shklyarskiy Y.E., Shklyarskiy A.Y., Lutonin A.S. Sizing parameters of interior permanent magnet synchronous motor based on torque-speed characteristics // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 1753. N 1. P. 012026. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1753/1/012026
Chen F., Jiang X., Ding X., Lin C. FPGA-based sensorless PMSM speed control using adaptive sliding mode observer // Proc. of the 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). 2017. P. 4150–4154. https://doi.org/10.1109/IECON.2017.8216711
An Q., Zhang J., An Q., Liu X., Shamekov A., Bi K. Frequency-adaptive complex-coefficient filter-based enhanced sliding mode observer for sensorless control of permanent magnet synchronous motor drives // IEEE Transactions on Industry Applications. 2020. V. 56. N 1. P. 335–343. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2951760
Wu S., Zhang J., Chai B. Adaptive super-twisting sliding mode observer based robust backstepping sensorless speed control for IPMSM // ISA Transactions. 2019. V. 92. P. 155–165. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2019.02.007
Kim H., Son J., Lee J. A high-speed sliding-mode observer for the sensorless speed control of a PMSM // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2011. V. 58. N 9. P. 4069–4077. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2098357
Sreejith R., Singh B. Sensorless predictive control of SPMSM-driven light EV drive using modified speed adaptive super twisting sliding mode observer with MAF-PLL // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics. 2021. V. 2. N 1. P. 42–52. https://doi.org/10.1109/JESTIE.2020.3014866
Chi S., Zhang Z., Xu L. Sliding-mode sensorless control of direct-drive PM synchronous motors for washing machine applications // IEEE Transactions on Industry Applications. 2009. V. 45. N 2. P. 582–590. https://doi.org/10.1109/TIA.2009.2013545
Skamyin A., Shklyarskiy Y., Dobush V., Dobush I. Experimental determination of parameters of nonlinear electrical load // Energies. 2021. V. 14. N 22. P. 7762. https://doi.org/10.3390/en14227762
Wang G., Valla M., Solsona J. Position sensorless permanent magnet synchronous machine drives – A review // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2020. V. 67. N 7. P. 5830–5842. https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2955409
Yuan Q., Yang Z., Lin F., Sun H. Sensorless control of permanent magnet synchronous motor with stator flux estimation // Journal of Computers. 2013. V. 8. N 1. P. 108–112. https://doi.org/10.4304/jcp.8.1.108-112
Nos O.V., Pudkova T.V., Kharitonov S.A. The sliding-mode observer for PMSM sensorless control with adaptive complex-coefficient filter and PLL // Proc. of the XX Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh). 2023. P. 44–49. https://doi.org/10.1109/TSCZh58792.2023.10233364
Wu J.X., Wei H.P., Zhang Y., Wei H. Sensorless vector control of permanent magnet synchronous motor based on model reference adaptive system // Proc. of the IEEE International Conference on Computer and Communications (ICCC). 2017. P. 2879–2883. https://doi.org/10.1109/CompComm.2017.8323058
Bolognani S., Tubiana L., Zigliotto M. Extended Kalman filter tuning in sensorless PMSM drives // IEEE Transactions on Industry Applications. 2003. V. 39. N 6. P. 1741–1747. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.818991
Utkin V., Guldner J., Shi J. Sliding mode control in electromechanical system. London: Taylor & Francis, 1999. 338 p.
An Q., An Q., Liu X., Zhang J., Bi K. Improved sliding mode observer for position sensorless control of permanent magnet synchronous motor // Proc. of the IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). 2018. P. 1–7. https://doi.org/10.1109/ITEC-AP.2018.8433265
Панкратов В.В., Нос О.В. Специальные разделы теории автоматического управления. Т. 1. Модальное управление и наблюдатели. Новосибирск, 2001. 47 с.
Nos O.V. Synchronization algorithm for three-phase voltages of an inverter and a grid // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2017. V. 53. N 4. P. 364–370. https://doi.org/10.3103/S8756699017040082

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License