Laag-ruis sensorloze regeling van een YASA AFFSPM-motor met behulp van ADRC en verbeterde PLL

Stiller, Slimmere Elektrische Motoren

Van elektrische auto’s tot huishoudelijke apparaten: veel moderne machines vertrouwen op compacte, krachtige elektromotoren. Maar de elektronica die deze motoren precies laat werken, kan ze ook laten janken, zoemen en brommen — vooral bij lage snelheid, precies daar waar mensen het het meest opmerken. Dit artikel onderzoekt een manier om een speciale hoog-koppelmotor zonder mechanische sensoren aan te sturen, terwijl die irritante ruis wordt verminderd en de aandrijving snel, soepel en betrouwbaar blijft.

Waarom het Verwijderen van Sensoren Belangrijk Is

Veel geavanceerde motoren gebruiken apparaten zoals encoders of resolvers om de controller precies te vertellen waar de rotor zich bevindt. Deze sensoren verhogen de kosten, extra bedradingscomplexiteit en potentiële faalpunten, vooral in hete, stoffige of krappe omgevingen zoals onder de motorkap van een elektrisch voertuig. Een groeiend alternatief is „sensorloze” regeling, waarbij de elektronica de rotorpositie uitsluitend uit elektrische signalen schat. Voor de hoog-koppel YASA axiale-fluxmotor die hier bestudeerd wordt, werken conventionele sensorloze methoden goed bij hogere snelheden, maar ze hebben moeite bij lage of nul snelheid en veroorzaken vaak extra verliezen, koppelrimpel en hoorbare ruis wanneer ze hoogfrequente testsignalen in de wikkelingen injecteren.

Het Verspreiden van Ruis in Plaats van Schreeuwen

De eerste innovatie in het artikel pakt het ruisprobleem bij de bron aan. Traditionele sensorloze schema’s injecteren een hoogfrequent signaal op één vaste toon, wat mechanische resonanties in de motor en de behuizing kan opwekken — vergelijkbaar met fluiten op precies de juiste toon om een glas te laten trillen. De auteurs injecteren in plaats daarvan een pseudo-willekeurig hoogfrequent signaal waarvan de frequentie binnen een smalle band hoppen maakt en waarvan de amplitude synchroon wordt aangepast. Dit „versmeert” de energie over een breder spectrum zodat er geen enkele luide fluittoon is. Belangrijk is dat het signaal nog steeds sterk en gestructureerd genoeg is zodat de controller het magnetische vingerafdruk van de rotor kan uitlezen, en zorgvuldig gekozen amplitude–frequentieverhoudingen houden de nuttige positietoevoer vrijwel constant, zelfs als de frequentie verandert.

Nauwkeuriger Luisteren naar de Reactie van de Motor

Om deze elektrische ruisjes om te zetten in een schone schatting van de rotorhoek, moet de controller zeer kleine veranderingen in motortromen ontcijferen. Het artikel vervangt een standaard phase-locked loop — een gebruikelijke methode om fase te volgen — door een „verbeterde” versie. Eerst normaliseert deze de binnenkomende stroomsignalen zodat hun totale sterkte niet meer van belang is, maar alleen hun fase. Vervolgens gebruikt hij een hoger-orde lusstructuur die zich gedraagt als twee samenwerkende volgers in plaats van één. Dit ontwerp blijft de ware rotorpositie nauwkeurig volgen, zelfs wanneer de signaalamplitude slingert of wanneer de motor versnelt, vertraagt of omkeert. In tests bleef de geschatte positie binnen ongeveer plus of min twee tot drie elektrische graden over een bereik van snelheden en plotselinge belastingveranderingen.

Stoornissen Tegengaan Nog voordat Ze Zichtbaar Worden

De tweede belangrijke verbetering betreft de manier waarop de aandrijving de stroom regelt, die rechtstreeks het motorkoppel bepaalt. De meeste industriële aandrijvingen vertrouwen op een beproefde proportioneel–integraal (PI) regelaar die zeer goed kan werken maar nauwkeurig afgestemd moet worden op een specifiek bedrijfsgebied en zich niet vanzelf aanpast wanneer de motor opwarmt, de belasting verandert of de voeding fluctueert. Hier implementeren de auteurs Active Disturbance Rejection Control (ADRC) in het belangrijkste koppelproducerende stroomkanaal. Deze aanpak beschouwt alle onbekende effecten — zoals parameterdrift en plotselinge belastingsveranderingen — als één enkele „totale stoornis” en gebruikt een ingebouwde waarnemer om die in realtime te schatten. De controller neutraliseert die stoornis vrijwel zodra deze optreedt, waardoor de stroom (en dus het koppel) dicht bij de doelwaarde blijft met eenvoudige afstemming en sterke robuustheid.

Het Systeem aan de Proef Onderwerpen

Alle drie de ideeën — pseudo-willekeurige injectie, de verbeterde phase-locked loop en de stoornisonderdrukkende stroomregelaar — werden gecombineerd en getest op een echte 750-watt YASA-motorbak. Vergeleken met een goed afgestelde conventionele opzet met vaste-frequentie injectie, PI-stroomregeling en een standaard phase-locked loop, toonde de nieuwe methode kleinere snelheidsdips en snellere herstelreacties wanneer de belasting plotseling verdubbelde, nauwkeurigere volging bij snelle snelheidsomkeringen en overall strakkere positiebepalingen. Vermogensspectrummetingen van de hoogfrequente signalen van de motor toonden aan dat de scherpe ruispieken van de traditionele aanpak waren vervangen door een veel vlakker spectrum, wat overeenkomt met een duidelijke vermindering van tonale akoestische ruis.

Wat Dit Betekent voor Alledaagse Apparaten

Voor de niet-specialist komt het erop neer dat dit werk laat zien hoe een specifieke klasse hoog-koppel elektromotoren zowel stiller als robuuster te maken is door te verbeteren hoe hun elektronica de rotorpositie „voelt” en reageert op stoornissen. In plaats van te vertrouwen op extra hardwaresensoren of een compromis tussen stilte en reactievermogen te accepteren, gebruikt de voorgestelde strategie slimere signaalontwerp en regelalgoritmen om beide te bereiken. Het resultaat is een veelbelovende weg naar soepelere, lage-ruis, sensorloze aandrijvingen voor elektrische voertuigen, precisierobots en andere toepassingen waar comfort, betrouwbaarheid en efficiëntie allemaal belangrijk zijn.

Bronvermelding: Rahmani-Fard, J., Mohammed, M.J. Low noise sensorless control of a YASA AFFSPM motor using ADRC and improved PLL. Sci Rep 16, 8236 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39335-4

Trefwoorden: sensorloze motorregeling, aandrijvingen voor elektrische voertuigen, axiale flux permanente magneetmotor, reductie van akoestische ruis, geavanceerde motorregelalgoritmen