Note for A Speed PMSM Control Technique With a Single DC Bus current Sensor
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Notes
I. INTRODUCTION
- 永磁同步馬達 (PMSM) 廣泛應用於高速應用。由於具有一系列優點，它們被應用於不同的領域。它們的優點是功率密度高、效率高、扭矩脈動小。此外，其結構簡單、體積小，使其具有很大的優勢和廣泛的應用[1]-[2]。文獻中使用不同的方法來控制 PMSM [3]。為了實現PMSM的高精度控制性能，需要精確獲取相電流和位置。通常，這些資訊是透過電流和位置感測器獲得的。這是以增加成本和數量為代價的。此外，特別是在嘈雜的環境中，由於採集不準確，控製品質可能會下降。因此，處理這些問題的最佳方法是減少反饋迴路中使用的感測器數量並使用無感測器控制技術。
- 許多目前的無感測器控制技術已經被開發出來並且可以在文獻[4]-[8]中找到。這些技術的主要想法是基於直流母線電流的測量和 SVPWM 產生的開關控制訊號的組合來重建相電流。但是，此類技術的缺點是存在無法採集直流總線電流的死區。一些研究報告了這一限制，並提出了一些有希望的解決方案來繞過它們[9]-[13]。然而，所有這些論文都提出了在 1000 rpm 或 2000 rpm 左右的有限速度範圍內進行模擬或實驗測試。意識到為了驗證該技術的可靠性，應該在不同的工作點下使用它，特別是在採集點不足的高速下。
- 本文提出了一種採用單一電流感測器的高速 PMSM 無感測器控制技術。使用直流母線電流的測量並透過相電流重建演算法來重建相電流。主要想法是提出一種調整後的 ASVPWM，以確保主動電壓向量的最短持續時間，從而克服死區問題並允許正確重建相電流。為了驗證該技術的可靠性並了解其局限性，在不同的速度水平，特別是在高速和不同的開關頻率下進行了模擬測試。
- 本文的架構如下：第二節描述了系統結構的概述。第三節討論了目前的相位重建演算法。仿真結果和分析如第四節所示。最後，第五節得出一些結論。
II. SYSTEM STRUCTURE
A. overview
- 圖 2 顯示了由三相橋式變換器供電的 PMSM 速度控制的典型框圖。該系統的獨創性在於使用單一電流感測器。
- 此系統的軟體由相電流重構塊、電流和速度兩個控制環以及ASVPWM組成。
- 在本文中，我們將重點放在相電流重構模組和 ASVPWM 模組。第一個區塊的輸入是直流母線電流和 ASVPWM 產生的開關控制訊號，輸出是三相電流。第二個產生開關控制訊號以命令逆變器。
B. Voltage source inverter
- 電壓源逆變器通常用於為三相感應馬達提供可變開關頻率和可變電壓，以用於變速應用。三相逆變器由六個功率開關和六個續流二極體組成，如圖1所示。 1”。
- 鑑於同一臂的兩個開關的狀態是互補的，我們可以只考慮高電平開關
- 狀態變數
表示上開關狀態。用Si=1表示第i相上開關的閉合狀態。反之，Si=0。代表開啟狀態。
C. SVPWM
- 採用SVPWM技術來獲得逆變器相側所需的輸出電壓。它為馬達提供更高的電壓和更低的諧波失真。在載波週期Tc期間，提供旋轉參考電壓向量作為電壓參考而不是三相電壓。透過產生開關控制訊號將此參考向量應用於逆變器。逆變器的八種可能的開關組合形成八個基本電壓向量（V0-V7）。
- 這八個產生非零輸出電壓的電壓向量中的六個稱為有源電壓向量(V1-V6)，而產生零輸出電壓的其餘兩個電壓向量稱為零電壓向量(V0、V7) 。六個有效電壓向量形成六角形軸，如圖 3 所示。每兩個有效電壓向量之間的空間稱為磁區，共有六個。任何相鄰的兩個主動電壓向量之間的角度為 60 度。
- 在載波週期Tc中，SVPWM使用八個電壓來近似旋轉參考電壓向量。根據參考電壓向量的放置，兩個有效電壓向量和兩個零電壓向量有助於此參考向量的應用。圖4顯示了第n°1扇區的參考電壓向量的範例。
- Tc 中的每個有效電壓向量（取決於磁區）都有應用的持續時間。這個持續時間可以計算如下：
- 其中：
- T1：每個磁區中第一個電壓有效的應用持續時間，
- T2：每個磁區中第二個主動電壓向量的應用持續時間，
- T0：每個磁區中零電壓向量的應用持續時間。
III. PRINCIPLE OF SINGLE CURRENT SENSOR
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