Метод юстировки абсолютного датчика положения ротора синхронного двигателя c постоянными магнитами и распределенной обмоткой
Ключевые слова:
юстировка, абсолютный энкодер, СДПМ, преобразователь, угол отклонения ротора, система управления
Аннотация
Статья посвящена точности юстировки абсолютного датчика положения ротора синхронного двигателя с постоянными магнитами, управляемого высокочастотным низковольтным преобразователем в автоматическом режиме. Рассмотрены современный наиболее простой в реализации метод юстировки и структура системы управления с применением датчика положения ротора. Смоделирован, разработан, изготовлен и испытан полномасштабный макет конечного устройства, а также нагрузочный стенд. Описан инструмент визуализации данных и процессов работы, протекающих в микроконтроллере системы управления высокочастотного преобразователя в реальном времени. Построена модель системы управления синхронного двигателя с постоянными магнитами. Приведены результаты практических испытаний и моделирования системы управления с и без применения регуляторов продольной и поперечной составляющих тока, а также при различных углах отклонения датчика положения ротора. Выведена закономерность изменения продольной и поперечной составляющих тока статора от ошибки угла начального позиционирования датчика положения ротора. Приведены результаты экспериментальных исследований и математического моделирования (осциллограммы фазного тока, продольной и поперечной составляющих тока, значения положения ротора). Разработан и реализован алгоритм автоматической юстировки датчика положения ротора синхронного двигателя с постоянными магнитами по отклонению значений продольной составляющей тока при изменении направления вращения ротора с точностью определения угла до 0,18°.
Литература
1. Гридин В.М. Бесконтактные двигатели постоянного тока с дискретным управлением и модуляцией тока по положению ротора. – Электричество, 2021, № 3, с. 60–64.
2. Walden J. et al. High Frequency Injection Sensorless Control for a Permanent Magnet Synchronous Machine Driven by an FPGA Controlled SiC Inverter. – IEEE 8th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, 2021, pp. 194–198, DOI: 10.1109/WiPDA49284.2021.9645105.
3. Wan Q., Wang H., Sun. X. Position Tracking Control for PMSM System Based on Continuous Sliding Mode Control and Sliding Mode Observer. – 41st Chinese Control Conference, 2022, pp. 2917–2922, DOI: 10.23919/CCC55666.2022.9902155.
4. Vidlak M.A. Novel Constant Power Factor Loop for Stable V/f Control of PMSM in Comparison against Sensorless FOC with Luenberger-Type Back-EMF Observer Verified by Experiments. – Applied Sciences, 2022, vol. 12, No. 18, DOI: 10.3390/app12189179.
5. Вельченко А.А., Павлюковец С.А., Радкевич А.А. Математическая модель бесколлекторного двигателя постоянного тока на основе уравнения напряжения трёхфазной обмотки. – Системный анализ и прикладная информатика, 2024, № 1, с. 19–25.
6. Воронин С.Г. и др. Исследование электромагнитого КПД и пульсаций момента вентильного двигателя с дискретной коммутацией обмотки при несинусоидальной форме ЭДС. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, 2023, № 4, с. 14–23.
7. Soysa G.D. et al. Impact of SNR on Sensorless Control of PMSMs with PHF Signal Injection. – 13th International Conference on Power and Energy Systems, 2023, pp. 82–87, DOI: 10.1109/ICPES59999.2023.10400175.
8. Воробьев М.М. и др. Унифицированные интерфейсные модули для платформы управления двигателями. – Наноиндустрия, 2020, № S5-1, с. 181–185.
9. Ni R. et al. Dual-Gap Dual-Pole Composite Machine for Mechanical Rotor Position Estimation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 9, pp. 10481–10489, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3063513.
10. Ключников А.Т. Вычислитель скорости для бездатчикового управления асинхронным двигателем. – Электричество, 2021, № 2, с. 54–59.
11. Liu H. Design of a High-Precision Multi-Channel Digital Signal Generator. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 152839–152849, DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3480448.
12. Майков В. Стандарты однопарного Ethernet. – Электронные компоненты, 2022, № 7, с. 21–23.
13. Ковалев К.Л. и др. Обеспечение тактовой устойчивости силовых преобразователей. – Электричество, 2024, № 11, с. 43–50.
14. Третьяков Н.К. Проектирование источников однофазного переменного напряжения. – Практическая силовая электроника, 2024, № 4, с. 47–51.
15. Sun J., Wang M., Li L. A New Method for Automatic Identification of Electricmechanical Angle Deviation of SPMLSM. – 25th International Conference on Electrical Machines and Systems, 2022, DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9982813.
16. Idris A. et al. Torque Analysis of V-type Interior PMSM for Electric Vehicle Based on FEA Simulation. – 6th International Conference on Information Technology, Information Systems and Electrical Engineering, 2022, DOI: 10.1109/ICITISEE57756.2022.10057840.
17. Sohagh K.S. et al. Analysis of Id-Iq Strategy for Active Power Filter. – 15th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2020, pp. 722–725, DOI: 10.1109/ICIEA48937.2020.9248335.
18. Degel W. et al. Scalable Slip Control With Torque Vectoring Including Input-to-State Stability Analysis. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2023, vol. 31, No. 3, pp. 1250–1265, DOI: 10.1109/TCST.2022.3224839.
#
1. Gridin V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 60–64.
2. Walden J. et al. High Frequency Injection Sensorless Control for a Permanent Magnet Synchronous Machine Driven by an FPGA Controlled SiC Inverter. – IEEE 8th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, 2021, pp. 194–198, DOI: 10.1109/WiPDA49284.2021.9645105.
3. Wan Q., Wang H., Sun. X. Position Tracking Control for PMSM System Based on Continuous Sliding Mode Control and Sliding Mode Observer. – 41st Chinese Control Conference, 2022, pp. 2917–2922, DOI: 10.23919/CCC55666.2022.9902155.
4. Vidlak M.A. Novel Constant Power Factor Loop for Stable V/f Control of PMSM in Comparison against Sensorless FOC with Luenberger-Type Back-EMF Observer Verified by Experiments. – Applied Sciences, 2022, vol. 12, No. 18, DOI: 10.3390/app12189179.
5. Vel’chenko A.A., Pavlyukovets S.A., Radkevich A.A. Sistemnyy analiz i prikladnaya informatika – in Russ. (System Analysis and Applied Informatics), 2024, No. 1, pp. 19–25.
6. Voronin S.G. et al. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2023, No. 4, pp. 14–23.
7. Soysa G.D. et al. Impact of SNR on Sensorless Control of PMSMs with PHF Signal Injection. – 13th International Conference on Power and Energy Systems, 2023, pp. 82–87, DOI: 10.1109/ICPES59999.2023.10400175.
8. Vorob’ev M.M. et al. Nanoindustriya – in Russ. (Nanotechnology Industry), 2020, No. S5-1, pp. 181–185.
9. Ni R. et al. Dual-Gap Dual-Pole Composite Machine for Mechanical Rotor Position Estimation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 9, pp. 10481–10489, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3063513.
10. Klyuchnikov A.T. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 2, pp. 54–59.
11. Liu H. Design of a High-Precision Multi-Channel Digital Signal Generator. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 152839–152849, DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3480448.
12. Maykov V. Elektronnye komponenty – in Russ. (Electronic Components), 2022, No. 7, pp. 21–23.
13. Kovalev K.L. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 11, pp. 43–50.
14. Tret’yakov N.K. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 4, pp. 47–51.
15. Sun J., Wang M., Li L. A New Method for Automatic Identification of Electric-mechanical Angle Deviation of SPMLSM. – 25th International Conference on Electrical Machines and Systems, 2022, DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9982813.
16. Idris A. et al. Torque Analysis of V-type Interior PMSM for Electric Vehicle Based on FEA Simulation. – 6th International Conference on Information Technology, Information Systems and Electrical Engineering, 2022, DOI: 10.1109/ICITISEE57756.2022.10057840.
17. Sohagh K.S. et al. Analysis of Id-Iq Strategy for Active Power Filter. – 15th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2020, pp. 722–725, DOI: 10.1109/ICIEA48937.2020.9248335.
18. Degel W. et al. Scalable Slip Control with Torque Vectoring Including Input-to-State Stability Analysis. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2023, vol. 31, No. 3, pp. 1250–1265, DOI: 10.1109/TCST.2022.3224839
2. Walden J. et al. High Frequency Injection Sensorless Control for a Permanent Magnet Synchronous Machine Driven by an FPGA Controlled SiC Inverter. – IEEE 8th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, 2021, pp. 194–198, DOI: 10.1109/WiPDA49284.2021.9645105.
3. Wan Q., Wang H., Sun. X. Position Tracking Control for PMSM System Based on Continuous Sliding Mode Control and Sliding Mode Observer. – 41st Chinese Control Conference, 2022, pp. 2917–2922, DOI: 10.23919/CCC55666.2022.9902155.
4. Vidlak M.A. Novel Constant Power Factor Loop for Stable V/f Control of PMSM in Comparison against Sensorless FOC with Luenberger-Type Back-EMF Observer Verified by Experiments. – Applied Sciences, 2022, vol. 12, No. 18, DOI: 10.3390/app12189179.
5. Вельченко А.А., Павлюковец С.А., Радкевич А.А. Математическая модель бесколлекторного двигателя постоянного тока на основе уравнения напряжения трёхфазной обмотки. – Системный анализ и прикладная информатика, 2024, № 1, с. 19–25.
6. Воронин С.Г. и др. Исследование электромагнитого КПД и пульсаций момента вентильного двигателя с дискретной коммутацией обмотки при несинусоидальной форме ЭДС. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, 2023, № 4, с. 14–23.
7. Soysa G.D. et al. Impact of SNR on Sensorless Control of PMSMs with PHF Signal Injection. – 13th International Conference on Power and Energy Systems, 2023, pp. 82–87, DOI: 10.1109/ICPES59999.2023.10400175.
8. Воробьев М.М. и др. Унифицированные интерфейсные модули для платформы управления двигателями. – Наноиндустрия, 2020, № S5-1, с. 181–185.
9. Ni R. et al. Dual-Gap Dual-Pole Composite Machine for Mechanical Rotor Position Estimation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 9, pp. 10481–10489, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3063513.
10. Ключников А.Т. Вычислитель скорости для бездатчикового управления асинхронным двигателем. – Электричество, 2021, № 2, с. 54–59.
11. Liu H. Design of a High-Precision Multi-Channel Digital Signal Generator. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 152839–152849, DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3480448.
12. Майков В. Стандарты однопарного Ethernet. – Электронные компоненты, 2022, № 7, с. 21–23.
13. Ковалев К.Л. и др. Обеспечение тактовой устойчивости силовых преобразователей. – Электричество, 2024, № 11, с. 43–50.
14. Третьяков Н.К. Проектирование источников однофазного переменного напряжения. – Практическая силовая электроника, 2024, № 4, с. 47–51.
15. Sun J., Wang M., Li L. A New Method for Automatic Identification of Electricmechanical Angle Deviation of SPMLSM. – 25th International Conference on Electrical Machines and Systems, 2022, DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9982813.
16. Idris A. et al. Torque Analysis of V-type Interior PMSM for Electric Vehicle Based on FEA Simulation. – 6th International Conference on Information Technology, Information Systems and Electrical Engineering, 2022, DOI: 10.1109/ICITISEE57756.2022.10057840.
17. Sohagh K.S. et al. Analysis of Id-Iq Strategy for Active Power Filter. – 15th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2020, pp. 722–725, DOI: 10.1109/ICIEA48937.2020.9248335.
18. Degel W. et al. Scalable Slip Control With Torque Vectoring Including Input-to-State Stability Analysis. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2023, vol. 31, No. 3, pp. 1250–1265, DOI: 10.1109/TCST.2022.3224839.
#
1. Gridin V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 60–64.
2. Walden J. et al. High Frequency Injection Sensorless Control for a Permanent Magnet Synchronous Machine Driven by an FPGA Controlled SiC Inverter. – IEEE 8th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, 2021, pp. 194–198, DOI: 10.1109/WiPDA49284.2021.9645105.
3. Wan Q., Wang H., Sun. X. Position Tracking Control for PMSM System Based on Continuous Sliding Mode Control and Sliding Mode Observer. – 41st Chinese Control Conference, 2022, pp. 2917–2922, DOI: 10.23919/CCC55666.2022.9902155.
4. Vidlak M.A. Novel Constant Power Factor Loop for Stable V/f Control of PMSM in Comparison against Sensorless FOC with Luenberger-Type Back-EMF Observer Verified by Experiments. – Applied Sciences, 2022, vol. 12, No. 18, DOI: 10.3390/app12189179.
5. Vel’chenko A.A., Pavlyukovets S.A., Radkevich A.A. Sistemnyy analiz i prikladnaya informatika – in Russ. (System Analysis and Applied Informatics), 2024, No. 1, pp. 19–25.
6. Voronin S.G. et al. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2023, No. 4, pp. 14–23.
7. Soysa G.D. et al. Impact of SNR on Sensorless Control of PMSMs with PHF Signal Injection. – 13th International Conference on Power and Energy Systems, 2023, pp. 82–87, DOI: 10.1109/ICPES59999.2023.10400175.
8. Vorob’ev M.M. et al. Nanoindustriya – in Russ. (Nanotechnology Industry), 2020, No. S5-1, pp. 181–185.
9. Ni R. et al. Dual-Gap Dual-Pole Composite Machine for Mechanical Rotor Position Estimation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 9, pp. 10481–10489, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3063513.
10. Klyuchnikov A.T. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 2, pp. 54–59.
11. Liu H. Design of a High-Precision Multi-Channel Digital Signal Generator. – IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 152839–152849, DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3480448.
12. Maykov V. Elektronnye komponenty – in Russ. (Electronic Components), 2022, No. 7, pp. 21–23.
13. Kovalev K.L. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 11, pp. 43–50.
14. Tret’yakov N.K. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 4, pp. 47–51.
15. Sun J., Wang M., Li L. A New Method for Automatic Identification of Electric-mechanical Angle Deviation of SPMLSM. – 25th International Conference on Electrical Machines and Systems, 2022, DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9982813.
16. Idris A. et al. Torque Analysis of V-type Interior PMSM for Electric Vehicle Based on FEA Simulation. – 6th International Conference on Information Technology, Information Systems and Electrical Engineering, 2022, DOI: 10.1109/ICITISEE57756.2022.10057840.
17. Sohagh K.S. et al. Analysis of Id-Iq Strategy for Active Power Filter. – 15th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2020, pp. 722–725, DOI: 10.1109/ICIEA48937.2020.9248335.
18. Degel W. et al. Scalable Slip Control with Torque Vectoring Including Input-to-State Stability Analysis. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2023, vol. 31, No. 3, pp. 1250–1265, DOI: 10.1109/TCST.2022.3224839
