永磁同步电机无感控制“开环切闭环”的几点疑问

探讨了在电动车辆永磁同步电机控制中,“I/f”开环控制向速度-电流双闭环控制过渡的实现方式。文章分析了过渡期间速度环的开环与闭环状态,及其对电流环输入及位置估算器的影响,特别是角度加权过渡对PLL稳定性的挑战。

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这里所说的“开环”指的是“I/f”控制,闭环即“速度-电流双闭环”。很多论文中都提到了加权过渡的思路,比如参考论文中的描述如下图所示,使用角度信号加权的方式来实现开环到闭环的过渡。

实验结果如下图中所示。

问题来了,在实际应用过程中,过渡阶段速度环到底是开环还是闭环呢?

(一)如果这段时间速度采用开环控制,那么下面问题如何解决?

1-1)电流环的输入如何给定、还是取开环阶段的电流大小吗,比如恒幅值?

1-2)这个阶段如果打开位置估算器,个人认为就不能使用PLL对角度信息进行估算了,因为PLL需要角度闭环,而开环阶段的角度信息并不使用PLL估算的角度信息,也就是PLL稳定性判据这个时候不成立。如果这个阶段角度采用加权过渡,如何保证PLL稳定性判据还成立?

(二)如果这段时间速度环闭环,感觉角度加权就没有意义了,还不如直接使用位置估算器计算出来的角度信息,因为这个阶段本身就是双闭环控制了。

参考文献:
电动汽车空调压缩机永磁同步电机无传感器控制,上海交大硕士论文,2015

<think>好的,我现在需要处理用户关于永磁同步电机无感控制开环切换闭环实现方法的问题。首先,我需要仔细理解用户的具体需求。用户提到了引用中的内容,特别是参考了开环I/f控制、闭环双闭环以及角度加权过渡的方法。用户想知道具体的切换方法或实现方式。 首先,我应该回顾用户提供的三个引用内容,看看它们如何相关。引用1提到了开环和闭环控制的代码实现,用户可以在不同模式间切换和调试。引用2讨论了一种无位置观测算法,适用于带载闭环启动。引用3详细描述了开环切闭环疑问,提到了加权过渡的方法,特别是角度信号的加权。这些引用内容都是关键,需要整合到回答中。 接下来,我需要构建一个结构清晰的回答,分步骤解释实现方法。根据引用3,加权过渡法是一个重要的方法,可能需要详细说明其原理,比如如何混合开环和闭环的角度估计值,使用渐变因子来调整权重。同时,可能需要提到其他方法,如观测器状态同步或者基于误差补偿的切换策略,不过需要确认这些是否在引用中有支持。引用2提到了使用电流模型和PLL的观测器,可能可以支持状态同步的方法。 另外,引用1提到了代码自动生成和开闭环切换的调试,所以实现步骤可能包括参数同步、切换条件判断、代码实现中的模式切换模块。这些都需要结合引用中的内容来展开。 还要考虑用户可能的后续问题,比如切换时的稳定性问题,或者参数调整的具体策略,但根据用户当前的问题,主要聚焦在实现方法上。需要确保回答中的每个步骤都引用正确的来源,比如加权过渡法来自引用3,观测器状态同步可能来自引用2,代码实现参考引用1。 最后,生成相关问题,引导用户深入探讨,例如切换时机、稳定性保障、参数调整方法等。这些问题应该基于回答中提到的内容,帮助用户进一步理解。 现在需要确保回答符合系统级指令:使用正确的中文,数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,引用标记正确。同时,回答要结构清晰,分点说明,结合引用内容。检查是否有遗漏的关键点,比如带载启动、全速度范围观测器这些在引用2提到的内容是否需要提及,可能需要在实现方法中补充说明观测器的设计如何支持全速度范围,从而确保切换时的平滑过渡。 总结来说,回答的结构应该是:首先概述方法,然后分点详细说明每个方法(加权过渡、状态同步、误差补偿),接着介绍实现步骤(参数同步、切换条件、模式切换模块),最后给出应用实例和相关问题。确保每个部分都正确引用,并且术语准确。</think>永磁同步电机无感控制中从开环(I/f控制)切换到闭环(速度-电流双闭环)的核心在于角度和转速信号的平滑过渡,以及观测器状态的无缝衔接。以下是具体实现方法: --- ### 一、角度加权过渡法 通过混合开环估算角度$θ_{\text{open}}$与闭环观测角度$θ_{\text{close}}$,实现平滑切换: $$θ = k \cdot θ_{\text{close}} + (1-k) \cdot θ_{\text{open}}$$ 其中$k$为渐变因子,从0逐渐增加到1。当$k=0$时完全开环,$k=1$时完全闭环[^3]。 --- ### 二、观测器状态同步 1. **开环阶段**: 使用I/f控制生成固定频率的驱动信号,同时运行闭环观测器(如基于电流模型+PLL的算法),但仅记录其输出,不参与实际控制[^2]。 2. **切换条件**: 当转速误差$|ω_{\text{open}} - ω_{\text{close}}| < Δω_{\text{th}}$且角度误差$|θ_{\text{open}} - θ_{\text{close}}| < Δθ_{\text{th}}$时触发切换。 3. **闭环切入**: 将观测器的初始状态同步为开环阶段记录的$θ_{\text{close}}$和$ω_{\text{close}}$,避免突变[^2]。 --- ### 三、基于误差补偿的切换策略 在切换瞬间注入动态补偿项: $$Δi_d = K_p(θ_{\text{close}} - θ_{\text{open}}) + K_i\int(θ_{\text{close}} - θ_{\text{open}})dt$$ 通过调整$K_p/K_i$参数抑制转矩波动[^3]。 --- ### 四、代码实现关键步骤(Simulink示例) 1. **参数同步模块**: 实时记录开环/闭环的转速、角度估计值 2. **切换判断逻辑**: ```python if (abs(ω_open - ω_close) < threshold) && (abs(θ_open - θ_close) < angle_th): enable_closed_loop = True ``` 3. **模式切换模块**: 使用渐变函数实现控制量过渡(如电流指令$i_q$的加权混合)[^1]。 --- ### 五、应用场景示例 在风机控制中,启动阶段采用I/f开环拖动机组,待转速达到额定值70%后切入闭环,结合龙伯格观测器实现全速域控制[^2]。 ---
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