Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
![](/pic/nikiforov.jpg)
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
Читать статью полностью
![](/images/pdf.png)
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
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
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