基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法李文真;刘景林;陈双双

【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)低速段无传感器位置检测技术中,传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点,提出一种新的位置误差提取方法.该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法,降低了系统对于采样误差的敏感性.首先,向估计的d轴注入高频方波电压,通过电流传感器得到高频电流响应;然后,利用傅里叶分解将估计的q轴电流响应分解为不同频率的正弦信号之和,将其与固定频率余弦调制波相乘后,经过低通滤波器得到转子位置误差,再通过位置跟踪器得到转子位置初始值;最后,基于磁路饱和效应,通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识.仿真和实验结果表明,所提方法收敛速度快,对采样频率没有过高要求,对采样误差不敏感,相位延迟很小,并具有较高的检测精度.

【期刊名称】《电工技术学报》

【年(卷),期】2018(033)024

【总页数】9页(P5821-5829)

【关键词】高频方波信号注入;永磁同步电机;位置检测;傅里叶分解

【作者】李文真;刘景林;陈双双

【作者单位】西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129

【正文语种】中文

【中图分类】TM351

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的出现大大提高了现代电力驱动系统的效率、功率密度和动态性能，为进一步降低成本、增强鲁棒性以及扩宽PMSM控制系统的应用领域，PMSM无位置传感器控制技术已

经成为电机控制领域的研究热点[1,2]。

在早期的研究阶段，只有基于反电动势的位置检测方法被应用于PMSM控制系统中，这些方法只在中速和高速时运行良好，而当电机处于低速和零速时，会由于反电动势太小而失效[3,4]。随着无传感器控制系统对电机起动和低速运行时高动态

性能需求的不断增加，高频信号注入法应运而生，它利用电机转子的结构凸极或饱和凸极效应，通过向电机定子绕组通入高频电压信号，提取包含转子位置信息的高频电流响应，解调后得到转子的位置信息。

文献[5]在静止坐标系下注入高频旋转电压矢量，这种方法被称为旋转正弦电压注

入（Rotating Sinusoidal Voltage Injection, RSVI）方法，该方法在静止参考坐

标系中注入了额外的高压，会引起q轴电流的波动，从而引起转矩脉动，而且在

重载情况下由于磁饱和效应会造成凸极率降低，检测精度变差。为了克服这些问题，有学者提出了脉振正弦电压注入（Pulsating Sinusoidal Voltage Injection, PSVI）方法，将高频电压注入到估计的d轴坐标系中。与RSVI方法类似，PSVI方法的

注入电压频率通常为载波频率的1/10左右[6]，因此，需要带通及低通滤波器来提取电机定子绕组电流中的高频分量和基波分量，这将降低电流环和速度环的带宽。为了提高动态性能，文献[7]提出了脉振方波信号注入方法，向估计的d轴注入方

波代替传统的正弦波信号，可提高注入信号频率到开关频率的一半，并省去用于降低噪声的低通滤波器，一定程度上提高了响应速度，但仍然需要用于获取基波电流的低通滤波器以及获取高频电流的带通滤波器。文献[8]将注入的方波信号频率提

高到开关频率，在1个方波周期内进行两次电流采样，并进行3次算数运算得到

高频感应电流信号，这种方法无需使用低通滤波器，但仍需带通滤波器获得反馈的电流信号。文献[9]利用算术运算求得定子绕组的基波电流信号，无需使用滤波器，但仍需在1个方波周期内采样2次电流。文献[10]在1个方波周期内测量4次电流，减小了负载扰动、转速变化等动态过程中转子位置的观测误差，但对CPU的运算能力提出了更高的要求。文献[11]对PUVI方法的估计误差进行了研究，分析了误差来源并对高次电感谐波、逆变器非线性、定子电阻等造成的误差进行了补偿。文献[12]针对逆变器非线性给高频方波注入法造成的负面影响展开研究，通过高频响应电流的控制得到合理的注入方波信号的幅值，从而消除逆变器非线性特点所带来的位置估计误差，但仍然难以消除采样误差对系统的影响。文献[13]分析了不同注入频率对磁路饱和的影响，并提出了合理的频率选择方案。文献[14,15]提出了

伪随机方波信号注入方法，通过注入不同频率组合的方波信号，降低了系统的噪声，但仍需对检测误差进行补偿。

传统方波信号注入法在解调过程中需要在一个注入周期内对电流进行离散化差分处理，对采样频率要求很高，至少为注入频率的2倍。在实际工程中出于对CPU资源占用和运算量的考虑，采样频率不宜过高，因此方波的实际注入频率受到了很大限制，很难达到理论上的开关频率。同时，由于传统方法对采样点的准确性要求较高，采样点的延时会对观测精度造成较大影响，而当电机运行于转速阶跃以及负载阶跃变化等动态过程时，电流变化较快，将导致转子位置检测滞后，观测误差更大，影响电机的动态性能。虽然有些文献为降低采样误差提出了各种补偿算法，却没有改变传统方波注入法采样频率高、计算量大的本质，甚至使算法变得更加复杂[10-15]。因此，本文提出了一种基于高频方波信号注入的改进解调算法，该方法取长

补短，既保留了方波信号注入法注入频率高的优点，又利用傅里叶分解将原本只能用于正弦信号注入法中的连续信号的解调方法用于方波注入法中，无需计算差分电流，对采样频率和采样点的精确度要求不高，节省了处理器的资源，减少了运算量，

降低了系统对于检测误差的敏感性，且具有较高的估计精度，仿真和实验结果均验证了方法的正确性和有效性。

IPMSM在两相旋转坐标系下的定子电压方程为[16]

式中，ud、uq分别为d、q轴电压；id、iq分别为d、q轴电流；Ld、Lq分别为d、q轴电感；Rs为定子电阻；yf为永磁体磁链；we为电机运行电角速度。

将高频激励信号注入电机后，由于其频率大大高于电机基波频率，式（1）可以被简化为

式中，Zd=Rs+jwLd，Zq=Rs+jwLq。

向估计的d、q轴坐标系中注入高频方波电压信号，该信号可以表示为

式中，Vh为注入方波的幅值；fspr为单位方波函数，其表达式为

式中，T为方波周期；tm(T)为t除以T的余数。

定义估计误差Dq 为

实际转子位置q、估算转子位置和估算误差Dq之间的关系如图1所示。

图1中dq为实际旋转坐标系，为估计旋转坐标系，两坐标系有关系

式中，、和、分别为估计旋转坐标系下d、q轴电压和电流。

由式（2）、式（3）、式（6）和式（7）可求解估计的d、q轴的高频电流响应为

其中

忽略定子电阻，并对式（2）进行离散化可得

对式（9）进行坐标转换可得

此时，电机可等效为纯电感负载，因此方波电压的电流响应可近似为斜率随转子误差变化的三角波，三角波的斜率中包含了与转子位置有关的量，为了得到三角波的斜率，采样频率应至少为注入方波频率的两倍。

由式（10）可以看出，中包含了转子位置信息。为

当Dq 很小时，sin(Dq)≈2Dq，对式（11）进行符号处理可以得到与转子位置角

有关的量为

式中，为符号函数。

将ierr送入图2所示位置观测器即可得到预估的转子位置和转速。

图3是PWM载波、注入方波、预估旋转坐标系中感应电流及差分电流的示意图，其中，注入方波频率与PWM载波频率相等，采样频率是开关频率的两倍。为理

论上的差分电流，为当采样点滞后时的差分电流。

从图3中可以看出，传统方法对采样点的准确度要求很高，当采样点受到影响发

生偏移时，将会产生误差，且偏移越大，误差越大，特别是当电机运行于转速阶跃以及负载阶跃变化等动态过程时，电流变化较快，这种采样误差将会影响电机的动态性能。

受采样频率、CPU运算速度的限制，在实际工程中传统方波注入法的注入频率大

多在5kHz以下，很少能达到现有逆变器最大的开关频率10～20kHz。

传统的方波信号注入法利用高频响应电流的后向差分得到与转子位置有关的量[7-15]，但需要对高频电流响应进行离散化处理，并在1/2个注入周期内计算差分电流，因此，采样频率至少为注入频率的2倍。由于采样频率很高，原本在正弦信

号注入法中可以被忽略的采样延迟等非线性因素的影响变大，降低了系统的估计精度和稳定性。文献[14]对采样误差进行了补偿，但由于注入频率很高，电流变化过快，补偿效果并不理想，本文反其道行之，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之和，这时，高频电流响应也由正弦基波及高次谐波构成，因此，可以用连续函数的解调方法得到转子位置信息，无需计算差分电流，对采样频率要求不高。

从式（8）可以看出，当DZ≠0即d、q轴电感不相等时，估计的d、q轴的高频

电流响应与转子位置角有关，并且当位置误差为零时，有，因此可以对进行解调，

分离出转子位置误差信息，并将误差作为观测器的输入，经过一定的控制策略得出估计的转子位置角。

对进行傅里叶分解以及一系列运算可得

其中

式中，为注入方波频率；。

从式（13）可见，通过检测与位置误差有关的高频响应电流，并对其进行适当的

处理，可以得到转子位置角和转速。

将检测到的经过带通滤波器选通，将取相反数后与cos(wt)相乘再经过低通滤波器，可以得到含有位置误差信息的f(Dq )，当Dq 很小时，sin(2Dq )≈2Dq，则

其中

若能将偏差调整到零，就可以实现转子位置的准确跟踪，因此，可以构建单位负反馈系统，通过PI调节器将位置误差调节到零，此时=q，为PI调节器的输出量。

中包含的三次及以上谐波与cos(wt)相乘后，由于二者频率不同，相乘之后的仍是高频分量，会被LPF滤去。

在电机运行过程中，包含了电机的转矩分量和逆变器产生的开关谐波分量，如果直接将与调制信号相乘，转矩分量为常数，与高频调制分量相乘后得到的仍然是高频分量，高次谐波分量与不同频的高频调制分量相乘后得到的也是高频分量，均可以被低通滤波器滤除，因此，可以省略信号处理环节的带通滤波器[17]。信号处理环节的具体实现框图如图4所示。

由式（14）可知，A和|Zd0|、|Zq0|均为大于零的常数，因为注入信号为高频信号

（频率大于5kHz），且IPMSM中电感满足Ld＜Lq，故wLq＞wLd＞Rs，此时p/2+2kp＜jd0+jq0＜p+2kp，故cos(jd0+jq0)＜0，k1＞0，因此图4设计的位置跟踪策略为稳定的负反馈系统。

本文将离散方波分解为不同频率正弦波之和，从而用连续信号的解调方法得到转子位置信息，无需对电流进行离散差分运算，因此与传统方波信号注入法利用差分电流的解调方法相比，采样频率可减小一半以上，能够有效减小资源占用。系统中虽存在低通滤波器，但因为方波频率可以接近开关频率，远高于基波频率，因此低通滤波器的截止频率可以设得很高，引起的相位滞后很小。在简化采样、计算流程的同时保证了系统的检测精度和带宽。

根据上述检测原理可以得到转子位置的初始值，但由于满足式（10）为零的估计值有两个，即或，这时得到的轴正方向有可能是N极或者S极，因此需要进行磁极判别。

目前磁极判别主要有两种方法：脉冲注入法[18]和外加电流偏置法[19]，应用的原理都是电机主磁路的微饱和性。

脉冲注入法需要电机向估计的d轴正方向及反方向通入等幅等时间的电压信号，实现起来比较困难，且需要改变注入信号的性质，不利于实现注入高频电压信号的连贯性。因此本文选择外加电流偏置法进行磁极判别，给idref施加偏置电流后，通过比较电流响应的幅值判断磁极方向，图5给出了外加电流矢量与转子磁极间的夹角q和绕组电感之间的关系，其中横坐标表示外加电流矢量与转子磁极间的夹角。

图6给出了外加电流矢量与转子磁极间夹角和电流响应幅值之间的关系，从图6可以看出，当注入电压幅值恒定时，外加电流矢量与转子磁极方向相同时，电机电流响应的幅值较大，外加电流矢量与转子磁极方向相反时，电机电流响应的幅值较小。

本文进行磁极判别的具体流程是：

（1）在得到转子位置初始值后，给idref一个正向和负向的直流偏置，两次给定之间需将idref归零并间隔一定的时间，给定电流偏置的绝对值相等。

（2）比较两次电流响应幅值I1、I2，若I1＞I2，则所得位置为N极；若I1＜I2，则所得位置为S极，需要对位置估计值进行补偿，补偿值为p。

综上所述，本文所设计基于方波信号注入法的转子位置与速度估计的实现的流程如下：

（1）注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过

Park/Clarke逆变换送入SVPWM（坐标变换中使用的为上一时刻预估的转子位置角）。

（2）通过电流传感器检测出三相电流响应，经过Clarke/Park变换得到，将其与cos(wt)相乘后得到位置误差f(Dq)，将位置误差送入PI调节器，得到转子位置初定值。

（3）根据上文所述的磁极判别方法，得到当前时刻转子位置的估计值，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确检测。基于方波信号注入法的位置预估实现框图如图7所示。

为验证方法的准确性和有效性，在Matlab/ Simulink平台上以内置式永磁同步电机为例在低速时对上述方法进行了仿真实验，仿真及实验所用电机参数见表1。逆变桥的开关频率为20kHz，方波电压注入幅值为20V，频率为10kHz，采样频率为7.5kHz，低通滤波器的截止频率为6.37kHz。

图8为设定转速为300r/min（参考转速为电机的机械角速度，图中转子位置及误差为电角度，下同）时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的转子位置和实际转子位置的仿真对比和误差波形。由图8a可得，预估位置滞后实际转子位置3.60°机械角度。从图8b可得，位置估计误差的平均值为1.57°机械角度，最大值

为1.72°机械角度。

图9为设定转速为800r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的转子位置和实际转子位置的仿真对比及误差波形。从图9a可得，方波信号注入法滞后实际转子位置9.60°机械角度；从图9b可得，估计误差平均值为4.39°机械角度，最大值为4.77°机械角度。

图10为从300r/min升速至800r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的转子位置和实际转子位置的仿真对比和误差波形。从图10a可得，方波信号注入法滞后实际转子位置13.44°机械角度；从图10b可得，升速前估计误差平均值为1.91°机械角度，升速后估计误差平均值为4.77°机械角度。

从图8～图10可以看出，采用本文所提方法有良好的稳态跟踪性能，具有较高的精度，且相位误差很小，能很好地满足位置检测的要求。

为验证本文提出的基于方波信号注入法的PMSM位置检测方法的可行性，基于内置式永磁同步电机无传感器矢量控制系统进行了对比实验研究，实验中所采用的电机参数见表1。采用TI公司的TM320F28335作为主控制器，采用型号为

LT108-S7/SP8的霍尔传感器作为电流传感器，为了验证位置检测精度，使用一台型号为TS2225N1112E102的多摩川旋转变压器检测转子位置，与观测值进行比较，DSP系统时钟设为150MHz，采样频率为7.5kHz，系统采用典型的id=0的矢量控制策略。

图11为设定转速为300r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的转子位置和实际转子位置的实验对比波形。

图12为设定转速为300r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法的转子位置误差波形。实验中方波信号注入法估计的最大误差为3.98°机械角度，平均值为1.28°机械角度。

图13为设定转速为800r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的

转子位置和实际转子位置的实验对比波形。

图14为设定转速为800r/min时，采用本文所提基于高频方波信号注入法估计的转子位置误差波形。实验中方波信号注入法估计的最大误差为5.12°机械角度，平均值为2.37°机械角度。

从实验结果中可以看出，所提出的基于方波信号注入法的转子检测方法收敛速度很快，能很好地跟踪转子位置，检测精度较高，实际工程中由于电机本体结构的加工精度有限、电流采样的量化误差所导致的估计误差无法避免，但位置估计精度仍足以满足内置式永磁同步电动机的低速运行性能。

本文提出了一种基于方波信号注入法的新型位置检测方法，本文提出的信号处理方法将周期的离散电流信号转换成连续信号之和进行处理，节省了处理器的资源，减少了计算量，且使系统对采样误差的敏感性下降。在15kW的内置式永磁同步电

机矢量控制平台上验证了方法的正确性和有效性，仿真和实验表明本文提出的方法具有良好的稳态跟踪性能、较高的精度及较小的相位误差。

李文真女，1991年生，博士研究生，研究方向为永磁同步电机无位置传感器检

测技术等。

E-mail:****************（通信作者）

刘景林男，1964年生，教授，博士生导师，研究方向为航空航天微特电机及驱

动系统、电机智能控制及测试技术等。

E-mail:*****************.cn

陕西省科技统筹创新工程计划资助项目（2013KTCQ01-20，2016KTCQ01-49）。【相关文献】

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哈工大电机新技术论文----高频注入法

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 电机新技术 院系：电气工程及自动化 姓名： XXX 学号： XXXX 2012年5月

基于高频注入法的交流永磁同步电机的控制系统研究 摘要：电动汽车是解决能源危机和环境污染这两大难题的重要途径，因而逐渐成为新一代交通工具的主要发展方向。鉴于永磁同步电动机（PMSM ）具有体积小、效率高、功率密度高等优点，已经在电动汽车的驱动系统中得到广泛应用。为了进一步降低电动汽车电气驱动系统的成本与复杂性，并提高控制系统的可靠性，永磁同步电机无传感器矢量控制系统成为当前亟待解决的问题。本文针对这一问题，设计了基于高频注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制系统。针对纯延时滤波、锁相环、同步轴高通滤波等环节的实现方法、参数的选取和关键技术进行了深入的分析和探讨。 关键词： 永磁同步电机 无传感器 矢量控制 高频注入 锁相环 一、 高频注入法估计转子位置和转速的基本原理 高频注入法估计转子位置和转速基本原理为：通过在电机端注入一个三相平衡的高频电压（或电流），利用电机内部固有的或者人为的不对称性使电机在高频信号激励下产生响应，通过检测高频电流（或高频电压）响应来提取转子位置和速度信息。高频注入法可以分为旋转高频注入法和脉振高频注入法，根据注入信号的性质又分为高频电压注入法和高频电流注入法，不管采用何种形式的高频注入法均要求电机内部具有凸极效应，第二章中已经介绍了本文的研究对象内置式永磁同步电机的结构，其L d < L q ，电机呈凸极特性，而且该凸极不受定子电流的影响，采用高频注入法追踪转子位置具有很强的鲁棒性。本论文采用的是旋转高频电压注入，框图如图1-1所示。下面详细分析旋转高频电压注入法估计转子位置的基本原理。 图1-1 旋转高频电压注入法框图 永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程为： 0000s s u i R p u i R p αααβββψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣ ⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （1-1） 永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程为： 0000s s u i R p u i R p αααβββψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣ ⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （1-2） 磁链方程为：

最新 基于电流注入SPMSM传感器调控-精品

基于电流注入SPMSM传感器调控 1、引言 众所周知，永磁同步电动机(Permanent MagneticSynchronous Motor，PMSM)无位置传感器控制已成为一个重要的研究方向，低速和零速下无位置传感器运行是PMSM无传感器技术的关键与难点[1-7]。 近年来，高频信号注入法成为了解决该问题的研究热点之一[8-12]。它是利用电动机物理结构的凸极特性或电动机定子电感的饱和特性，通过向电动机内注入特定频率的信号来跟踪电动机的凸极位置。该类方法对电动机参数的变化较不敏感，具有良好的鲁棒性，能够较好的实现低速和零速状态下的电动机转子位置估计。 通常，按注入的高频信号方式不同可分为旋转高频电压信号、旋转高频电流信号和脉振高频电压信号[13-15]。旋转高频电压(电流)信号注入法是在两相静止坐标系中注入高频电压(电流)信号实现，检测电动机中对应的电流(电压)响应来获取转子位置，但是，它们适用于具有固有凸极特性的内埋式永磁同步电动机(Interior Permanent MagneticSynchronous Motor，IPMSM)[16]。为了实现表贴式永磁同步电动机 ( Surfacemounted PermanentMagnetic Synchronous Motor，SPMSM)低速无位置传感器控制，有学者在旋转高频信号注入法基础之上，提出了脉振高频电压信号注入法[17]。它是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电压信号，利用电感饱和现象获得有效的凸极特性来实现转子位置估计，可用于无凸极性的SPMSM。 本文在深入研究了脉振高频电压注入法的基础上[18]，从SPMSM的高频模型出发，利用电感饱和效应，提出了一种新型的脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制方法。该方法在估计的同步旋转坐标系直轴上持续注入高频电流信号，通过检测交轴电流环PI调节器的输出电压量，无需额外增加电压传感器和低通滤波环节，获得与转子位置误差相关的信号，从而实现转子位置的估计。该方法相较于脉振高频电压信号注入法，不仅省去了电流反馈中的两个低通滤波器，系统更简单;而且，估计系统的稳定性不受电动机定子绕组电阻、电感值变化以及注入信号频率不同的影响，稳定性更高。仿真与实验结果表明，采用脉振高频电流注入无位置传感器控制的SPMSM可实现在零速和低速下的正确运行。 2、SPMSM 的模型 假设磁场在空间呈正弦分布，在不计磁滞和涡流损耗影响条件下，采用 id=0 转子磁场定向控制。此时，在同步旋转坐标系 dq 下的电压方程式中，ud、uq分别为 d、q 轴电压;id、iq分别为 d、q 轴电流;Ld、Lq分别为 d、q 轴电感;Rs为定子电阻; f为永磁体与定子交链的磁链; 为转子的电角速度;p 为微分算子。

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法李文真;刘景林;陈双双 【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)低速段无传感器位置检测技术中,传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点,提出一种新的位置误差提取方法.该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法,降低了系统对于采样误差的敏感性.首先,向估计的d轴注入高频方波电压,通过电流传感器得到高频电流响应;然后,利用傅里叶分解将估计的q轴电流响应分解为不同频率的正弦信号之和,将其与固定频率余弦调制波相乘后,经过低通滤波器得到转子位置误差,再通过位置跟踪器得到转子位置初始值;最后,基于磁路饱和效应,通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识.仿真和实验结果表明,所提方法收敛速度快,对采样频率没有过高要求,对采样误差不敏感,相位延迟很小,并具有较高的检测精度. 【期刊名称】《电工技术学报》 【年(卷),期】2018(033)024 【总页数】9页(P5821-5829) 【关键词】高频方波信号注入;永磁同步电机;位置检测;傅里叶分解 【作者】李文真;刘景林;陈双双 【作者单位】西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129 【正文语种】中文

【中图分类】TM351 永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的出现大大提高了现代电力驱动系统的效率、功率密度和动态性能，为进一步降低成本、增强鲁棒性以及扩宽PMSM控制系统的应用领域，PMSM无位置传感器控制技术已 经成为电机控制领域的研究热点[1,2]。 在早期的研究阶段，只有基于反电动势的位置检测方法被应用于PMSM控制系统中，这些方法只在中速和高速时运行良好，而当电机处于低速和零速时，会由于反电动势太小而失效[3,4]。随着无传感器控制系统对电机起动和低速运行时高动态 性能需求的不断增加，高频信号注入法应运而生，它利用电机转子的结构凸极或饱和凸极效应，通过向电机定子绕组通入高频电压信号，提取包含转子位置信息的高频电流响应，解调后得到转子的位置信息。 文献[5]在静止坐标系下注入高频旋转电压矢量，这种方法被称为旋转正弦电压注 入（Rotating Sinusoidal Voltage Injection, RSVI）方法，该方法在静止参考坐 标系中注入了额外的高压，会引起q轴电流的波动，从而引起转矩脉动，而且在 重载情况下由于磁饱和效应会造成凸极率降低，检测精度变差。为了克服这些问题，有学者提出了脉振正弦电压注入（Pulsating Sinusoidal Voltage Injection, PSVI）方法，将高频电压注入到估计的d轴坐标系中。与RSVI方法类似，PSVI方法的 注入电压频率通常为载波频率的1/10左右[6]，因此，需要带通及低通滤波器来提取电机定子绕组电流中的高频分量和基波分量，这将降低电流环和速度环的带宽。为了提高动态性能，文献[7]提出了脉振方波信号注入方法，向估计的d轴注入方 波代替传统的正弦波信号，可提高注入信号频率到开关频率的一半，并省去用于降低噪声的低通滤波器，一定程度上提高了响应速度，但仍然需要用于获取基波电流的低通滤波器以及获取高频电流的带通滤波器。文献[8]将注入的方波信号频率提 高到开关频率，在1个方波周期内进行两次电流采样，并进行3次算数运算得到

基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究

基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究 基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究 摘要：随着现代工业的快速发展，对电机的精确控制需求越来越高，传统的感应电机通常需要使用位置传感器来获取电机的转子位置信息，但由于位置传感器成本较高且易受环境影响，因此研究无位置传感器的电机控制策略显得尤为重要。本文针对永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制策略进行研究，提出了基于高频注入法的控制策略，并通过实验验证了该策略的有效性。 1.引言 永磁同步电机作为一种具有高效率和高功率密度的电机，被广泛应用于伺服驱动和工业自动化领域。然而，传统的PMSM控 制通常需要使用位置传感器来获得转子位置信息，这不仅增加了系统成本，而且容易受到环境干扰。因此，研究无位置传感器的PMSM控制策略对提高系统可靠性和降低成本具有重要意义。 2.基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略 高频注入法是一种通过在电机定子上注入高频信号来获得转子位置信息的方法。传统的高频注入法基于转子磁阻调制的转移函数，然而，在PMSM控制中，这种方法难以实现。因此，本 文提出了一种改进的高频注入法，该方法基于电流误差最小化原理来估计转子位置。 3.控制策略设计 首先，建立PMSM的数学模型，并基于电流误差最小化原理推 导出位置估计公式。然后，设计了控制器来实现位置估计和电流控制。控制器分为两个部分：位置估计模块和电流控制模块。

位置估计模块通过高频注入法估计转子位置，而电流控制模块通过比例积分控制算法调节电流以实现期望转矩。 4.实验验证和结果分析 通过搭建实验平台，采集电机的电流和位置信息，并与基于位置传感器的控制方法进行对比。实验结果表明，基于高频注入法的无位置传感器控制策略能够实现较高的位置估计精度和稳定性，与传统的位置传感器控制方法相比，具有更好的性能。 5.性能评估和讨论 本文通过对控制策略的性能进行评估和讨论，分析了高频注入法在PMSM无位置传感器控制中的优势和不足。实验结果表明，该策略对系统参数变化具有一定的鲁棒性，但在低速和高速区域仍存在一定的位置估计误差。未来的研究可以进一步改进控制策略，提升系统性能。 6.结论 本文针对PMSM的无位置传感器控制策略进行了研究，提出了 基于高频注入法的控制策略，并通过实验证明了该策略的有效性。该研究对于降低系统成本、提高系统可靠性具有重要意义，为无位置传感器的PMSM控制提供了一种新的解决方案。 关键词：高频注入法、PMSM、无位置传感器、位置估计、控制策 通过对PMSM的无位置传感器控制策略进行研究，本文提 出了基于高频注入法的控制策略，并在实验中验证了其有效性。实验结果表明，该控制策略能够实现较高的位置估计精度和稳定性，相较于传统的位置传感器控制方法具有更好的性能。同时，该策略对系统参数变化具有一定的鲁棒性，但在低速和高速区域仍存在一定的位置估计误差。未来的研究可以进一步改

基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测1

基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测 Initial Rotor Position Inspection of PMSM Based on Rotating High Frequency Voltage Signal Injection 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院蔡名飞周元钧 摘要:为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题，提出了一种在电机静止状态下检测转子位置的新方法。 该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法，使得可以更为快速、准确的检测出转子初始(均扫位置。并且针对传统旋转高频电压注人法无法检测出转子永磁体极性问题，在dq旋转坐标系下，通过分析永磁同步卜匕机d轴磁链和定子电流之间的关系，利用d轴电流的泰勒级数展开，提出J’根据定子铁芯非线性磁化特性获得判另}J N/S极极性信息的新方一案。最后，建立了系统仿真模型。仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性。此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测。 关键词:永磁同步电机转子初始位置旋转高频注人非线性磁化特性N/S极极性 1引言 永磁同步电机高精态、高动态性能的速度、位置控制，都需要准确的转子位置信息。如果位置检测误差较大，会导致电机不能正常起动、运行。传统方法是通过机械式传感器来测量转子的速度和位置。但机械式传感器减低了系统的可靠性，增加了系统的成本;同时传感器对环境有着严格的要求，电磁干扰、温度、湿度、振动对它的测量精度都有影响。特别针对某些航空伺服电机，长期工作在恶劣、复杂的环境中，所以研究无位置传感器不仅可 以减少航空电机成本，而且可以减少不必要的引线，将大大提高整个系统的可靠性〔‘]。 最简单的无位置传感器控制方法是文献「2]提出的基于对检测到的电机反电动势进行积分，这种方法虽然简单，但是在零速或低速阶段因为反电动太小，难以检测而失败。后来人们又提出了高频注人法，其主要思想是用电机固有的空间凸极或凸极效应可以实现对转子位置的检测，这种方法与转速没有直接关系，有效克服了反电动势法的 缺陷。文献〔3]提出通过处理电流高频响应，采取求导取极值计算电机的初始位置，但这种方法存在震荡现象，高频电流也会因滤波器移相导致检测误差，并且也没有给出电 机N/S极极性检测方法。文献【4]提出在电机中注人幅值相同、方向不同的系列脉冲，检测并比较相应电流的大小来估计转子的位置。这种方法可行但是对注入脉冲的电压幅 值和时间控制要求比较高，操作复杂，检测时间过长。文献[[5][6]通过注人高频信号引起PMSM的d,q轴磁链饱和程度差异实现初始位置检测，这种方法高频电流信号提取复 杂，容易带来计算误差，难以做到转子位置的实时检测跟踪。文献〔7l所使用的电机经过特殊设计，不具普遍性，仅适用于理论研究。 为了解决以上方法的存在的问题，本文提出了一种基于旋转高频电压注人法的永磁同步电机转子初始位置检测的新方法。在电机静止状态下，通过向电机定子三相绕组中注入高频电压信号，利用电机凸极效应，通过处理高频电流响应，得出转子的位置信号。为此，本文进行了仿真研究，实现了转子d轴位置和N/S极极性的快速、准确检测。 2高频激励下的永磁同步电机的数学模型

基于高频脉振信号注入的永磁同步电机转子初始位置辨识

基于高频脉振信号注入的永磁同步电机转子初始位置辨识何忠祥;李明勇;朱磊 【摘要】基于高频脉振信号注入的转子初始位置辨识会存在收敛不成功的现象,这直接影响了电机的启动转矩.针对这一现象,本文首先建立了表贴式永磁同步电机在高频信号注入时的数学模型,并对初始位置辨识策略的收敛特性进行了分析,得出位置辨识收敛成功的限制条件,进而提出改进的初始位置辨识算法.仿真分析验证了该文理论分析的正确性和所提方法的有效性. 【期刊名称】《船电技术》 【年(卷),期】2016(036)003 【总页数】4页(P20-23) 【关键词】表贴式永磁同步电机;无位置传感器;转子初始位置辨识;高频脉振电压;收敛域 【作者】何忠祥;李明勇;朱磊 【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064 【正文语种】中文 【中图分类】TM351 永磁同步电机矢量控制调速系统由于其具有结构简单、尺寸小、功率密度高、动态性能好等优点，广泛应用于风力发电、船舶电力推进等领域。在永磁同步电机矢量控制启动过程中，转子初始位置信号通常由编码器等传感器提供，这些机械装置会

使系统的可靠性降低。转子初始位置的准确程度直接决定电机启动转矩的大小，甚至不能正常启动，因此，基于无位置传感器的永磁同步电机转子初始位置的辨识备受重视。 目前大多利用电机的凸极效应得到电机的初始位置信息，具体是指通过注入电压/ 电流信号，根据dq轴电感的差异，从电流/电压的响应中提取位置信息。文献[1] 和[2]利用磁路的饱和凸极效应，分析电感随注入电压脉冲信号、转子位置之间的 变化，通过比较响应电流的峰值获得转子初始位置，缺点是对检测硬件电路精度要求较高，并且没有分析磁滞效应等因素对电流峰值的影响。有的文献比较分析了旋转高频电压注入和脉振高频电压注入两种方法的位置辨识原理，并给出具体应用时需要考虑的因素。采用高频脉振电压信号注入时，有的文献引入动态电感的概念，将高频信号注入应用在凸极率很小的表贴式永磁同步电机（SPMSM）。通过跟踪电机的凸极效应，已经有很多永磁同步电机无位置传感器初始位置辨识策略，但初始位置辨识有时收敛不成功的根本原因却很少被研究分析。 本文以高频脉振电压注入为例，针对SPMSM首先分析因磁路饱和引起的电 机凸极效应，并根据高频激励下的永磁同步电机模型得到转子初始位置的辨识算法，进而运用稳定性判定依据得出初始位置辨识收敛成功的条件，进而提出改进的初始位置辨识算法，仿真分析验证了该文所提方法的有效性。 为了最大限度的利用铁磁材料，通常将SPMSM空载时直轴磁路的工作点设计在 y-i曲线的拐点处。因而，向直轴通入正电流id+时，铁磁材料工作点进入饱和区，直轴电感Ld减小；交轴磁路工作点通常位于不易饱和的原点，交轴电感Lq恒定。通过类似分析，可得Ld+< Ld-=Lq+=Lq-。 设为转子d轴位置辨识值，为转子d轴位置真实值，令为真实和辨识的位置差， 如图1所示。 由于高频注入信号的频率远高于电机旋转电频率，忽略电机电阻、反电动势和dq

基于高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器技术研究

基于高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器技术研究陈长凯;曾祥君 【摘要】以隐极式永磁同步电机为研究对象，通过建立高频信号注入时永磁同步电机的响应模型，研究了基于高频脉振的方波电压注入方法，并利用三角函数运算的方式对转子角度和转速进行估计。相比传统的基于高频正弦电压注入转子位置观测方法，其可以有效减少低通滤波器的使用个数，实现转子角度的无延迟估计，提高系统的控制带宽，加快系统的快速响应性能。通过仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。%Taking the nonsalient-pole permanent magnet synchronous motor (PMSM) as research object, the responding model of PMSM with high-frequency pulse voltage injection is built, then, the square-wave voltage pulse injection method based on high-frequency vibration is researched, and the angle and rotational speed of rotor are estimated by calculating trigonometric function. Comparing to conventional high-frequency sinusoidal voltage signals injection method for observing the rotor position, it is effective to real-time observe the rotor angle, improve the control bandwidth of the system and accelerate the rapid response performance with less low-pass filter. The simulation results verify the feasibility and effectiveness of this method. 【期刊名称】《电气传动自动化》 【年(卷),期】2015(000)004 【总页数】5页(P1-5)

基于新型高频注入法的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法

基于新型高频注入法的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测 方法 洪琨;刘刚;毛琨;吕晓源;周新秀 【摘要】针对表贴式永磁同步电机,提出了一种基于虚拟脉振高频注入法结合载波频率成分法的转子初始位置检测方法.该方法在传统脉振高频注入法的基础上,加入虚拟高频旋转坐标,对传统脉振高频注入法进行了改进;同时,引入载波频率成分法作为转子磁极判断依据.通过仿真和工程实验,对该方法进行验证.实验结果表明:与传统的脉振高频注入法相比,该方法不需要PI调节,易于工程实现,并解决了部分传统脉振高频注入法的过零点问题;与传统的磁极判断方法相比,该方法实施过程简单,准确性高,算法执行时间短. 【期刊名称】《电工技术学报》 【年(卷),期】2018(033)013 【总页数】9页(P2914-2922) 【关键词】表贴式永磁同步电机;位置检测;凸极效应;虚拟脉振;载波成分 【作者】洪琨;刘刚;毛琨;吕晓源;周新秀 【作者单位】北京航空航天大学惯性重点技术实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京 100191;北京航空航天大学惯性重点技术实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中

心北京 100191;北京航空航天大学惯性重点技术实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京 100191;北京航空航天大学惯性重点技术实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京 100191;北京航空航天大学惯性重点技术实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191 【正文语种】中文 【中图分类】TM301 0 引言 近年来，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）以其体积小、重量轻、能量密度高、运行可靠性高等优点而受到广泛关注[1-4]。其中，PMSM的无传感器控制技术更是成为电机控制领域的研究热点。 对电机进行调速控制首先需要获得转子的准确位置。目前，永磁电机无传感器控制方法大致分为两类：一是基于提取电机基波信号[2-5]；二是基于电机凸极跟踪[6-13]。由于电机在起动和低速运行时基波信号信噪比很低，通常难以提取，从根本上导致了第一类方法在电机起动和低速运行时失效；第二类方法利用电机结构凸极特性或定子电感饱和特性，一般通过向电机三相绕组加入外部高频激励，通过检测该激励的电流响应来跟踪电机的凸极位置。这类方法不适用于中高速。 由于电机静止时无传感器控制方法难以提取转子位置信息，并且转子初始位置估计失准会导致电机无法正常起动，甚至反转。因此，转子初始位置检测是永磁电机无传感器控制技术的重要环节。文献[6-8]提出了旋转高频信号注入法，利用电机凸

基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法

基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法张国强;王高林;徐殿国 【摘要】针对无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)初始位置检测中,传统的基于凸极跟踪的短脉冲电压注入法难以确定脉冲宽度和幅值、实现困难、二次谐波分量法信噪比低的缺点,提出一种基于无滤波器方波信号注入的IPMSM初始位置检测方法.首先通过向观测的转子d轴注入高频方波电压信号,采用无滤波器载波信号分离方法解耦位置误差信息,通过位置跟踪器获取磁极位置初定值;然后基于磁饱和效应,通过施加方向相反的d轴电流偏置给定,比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识;最后,通过2.2kW IPMSM矢量控制系统对提出的基于无滤波器方波信号注入的初始位置检测方法进行实验验证.结果表明,所提方法收敛速度较快,可在IPMSM转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识和低速可靠运行,位置观测误差最大值为6.9°.%With regard to the initial position detection for position sensorless interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) drives, existing saliency-tracking-based methods have difficulties to determine the amplitude and width of the pulses for the short pulses injection method, and also have low signal-noise ratio for the position-dependent secondary-harmonics-based method. Hence, this paper presents a filterless square-wave voltage injection based initial position detection scheme for position sensorless IPMSM drives. A high-frequency square-wave voltage vector is injected in the estimated d-axis, then the position error information is demodulated through filterless carrier signal separation, and the position tracking observer is adopted to obtain the initial position. Based on the magnetic saturation effect, the magnetic

永磁电机转子位置检测方法

永磁电机转子位置检测方法 摘要：本文介绍了一种基于旋转变压器与AD2S1210数字变换器相结合的转 子位置检测方法。介绍了一种用于旋转变压器信号调理电路的改进建议，它具有 减小信号畸变、抑制高频干扰、提高测量准确度等优点。该方法利用测童绕组的 电压过零点和感应到的电流过零点之间的相位差来校正转子初位（初始位置）角度。通过试验，证明了调理电路的正确性，以及转子位置初始角标定的精确性。 关键词：永磁电机；转子位置；检测标定 1高速永磁同步电机转子位置检测方法 PMSM相对于异步电动机,具有体积小,质量轻,效率高,功率系数高等特点。其中,大容量低速直驱型永磁电机由于其特有的振动噪音特性,被广泛用于调查船、 科考船等特殊舰船的推进系统中。基于状态观测器的无位置传感器系统是当前国 内外学者关注的焦点,其中最受关注的有:龙贝格观测器,滑模观测器,以及扩展卡 尔曼滤波观测器。通过以上对多种无需位置传感器的转子位置探测方法进行的研 究总结发现，扩充卡尔曼滤波器的算法比较复杂，而且还涉及到矩阵的逆向运算，其计算量非常大，对单片机的要求也非常高，因此其在实际中的应用有很大的局 限性；而高频信号注入方法只能在低转速和零转速范围内有效，无法对PMSM，尤 其是HPMSM，进行全转速范围内的转子位置探测；该方法具有结构简单、算法通 俗易懂、易于数字化实现等优点，但其通常采用的PI自适应控制器，其动态和 稳定特性无法适用于高速PMSM的转子位置检测，低速时有轻微的振荡，高速时 有很大的时滞。滑模观测器方法响应速度快、算法简单、便于工程实施，且对外 界扰动不敏感，具有良好的抗干扰性和鲁棒性，但该方法在转速数万转/分钟、 乃至数千转/分钟时，仍有明显的抖振现象[1]。 综合上述各种方式的优点和不足，采用位置传感器进行转子位置探测的方式 更加直观，位置检测传感器器有两类，一类是光电编码器，另一类是旋转变压器。由于采用了光电编码器，只能获得相对位置，所以在起动过程中，还需采用其他

基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法

基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法杨健;杨淑英;李浩源;张兴 【摘要】内置式永磁同步电机(IPMSM)广泛采用旋转高频注入法辨识转子初始位置,但其辨识精度受到数字控制采样和计算延时、PWM输出延时以及信号解调过程中滤波器环节产生的相位延时等因素的影响.该文在对各因素产生的影响进行分析的基础上提出一种统一补偿算法.该补偿算法利用相关影响因素对正序电流和负序电流产生相位影响所具有的相关性,通过提取正序电流信号中的相位偏差,对负序电流信号的相位进行统一补偿,以提高位置观测精度.为区分转子磁极极性,提出基于电流闭环控制的饱和电感量极性判断方法.该方法在极性辨识过程中,为使电机处于静止状态,将交轴(q轴)电流控制为0,通过施加不同的直轴(d轴)电流,比较计算得到对应的电感值,并据此达到极性判断的目的.实验结果验证了误差补偿和极性判断算法的有效性. 【期刊名称】《电工技术学报》 【年(卷),期】2018(033)015 【总页数】9页(P3547-3555) 【关键词】永磁同步电机;转子初始位置辨识;极性判断;延时校正 【作者】杨健;杨淑英;李浩源;张兴 【作者单位】合肥工业大学智能制造技术研究院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009

【正文语种】中文 【中图分类】TM351 内置式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronous Machines, IPMSM）因具有高转矩、高能量密度和高性能等优点在新能源电动汽车等领域获 得广泛应用[1-3]。然而，电机的自起动能力的缺失致使在电机转子初始位置不能 准确获得的情况下，可能会出现起动过程中电机转子“反转”、起动失败等起动异常情况[4,5]。因此，转子初始位置辨识的精度和可靠性成为永磁同步电机驱动系 统的技术关键。 通过位置传感器获得转子位置的方法不仅增加了系统成本，而且降低了系统的可靠性。为此，永磁同步电机无位置传感器控制方案的研究已成为近年来学术界研究的热点和难点。相比基于基波模型的转子位置辨识方案，高频信号注入法的参数鲁棒性高、低速、零速辨识能力强的优点使其成为中、低速运行范围的主流转子位置辨识方案。高频注入法的本质是利用电机转子凸极结构或者凸极效应所产生的调制作用实现转子位置的辨识[6-8]。根据注入信号的类型和参考坐标系的不同，高频信 号注入法可分为静止坐标系下的旋转高频注入法[9-11]和旋转坐标系下的脉振高频注入法[12-14]两类。 相比于脉振高频注入法，旋转高频注入法因对运行过程中参数变化不敏感，且易于工程实现，广泛应用于永磁同步电机零、低速运行时的位置鉴别[15-17]。然而， 该方案的位置辨识精度受到数字滤波器所产生的解调延时[18]和数字控制采样、计算以及PWM输出等所产生的控制延时两方面因素的影响较大。文献[19]通过配置低通滤波器在信号解调通路中的位置，提升转子位置观测精度，但效果较为有限。文献[20]采用纯延时方案对高频信号进行提取，却不能滤除调制所产生的高次谐波，且多个延时环节使得相关补偿措施难以实施。文献[21]忽略PWM调制所引起的滞

永磁同步电动机转子位置辨识

永磁同步电动机转子位置辨识 摘要 永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous Machine, PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率很高，在工业领域得到越来越广泛的应用。只有知道了精确的转子位 置信息，才能实现永磁同步电动机转子磁场定向的运动控制。在传统的永磁同步电动机运 动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置。然而，这些传感器 增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，无传感器检测永磁同步电动机转子 位置已逐渐成为热点。 本文阐述了永磁同步电动机的发展历程、永磁材料的发展，以及它的结构、工作原理 和特点等。介绍了永磁同步电动机转子位置检测的常用方法分两种：即直接方式检测和间 接方式检测。直接方式可分为：旋转变压器法、磁编码器法、光电编码器法；间接方式可 分为：电感法、磁链法、假想坐标系法、基于各种观测器的估算方法、卡尔曼滤波器法、 高频注入法和人工智能理论基础上的估算方法。 针对本课题主要做了以下研究工作：在构建其数学模型的基础上，深入分析电机定子 电感的饱和效应，得出旋转高频电压注入法能够准确跟踪转子凸极位置，但其存在不能确 定估算结果是N极还是S极位置的问题。对于这个问题,本文又分析了永磁同步电机定子 电流对电机磁路饱和度的影响，根据旋转电流矢量幅值变化特性，提出了一种判定转子永 磁体N/S极极性的方法，解决了常规高频注入法所存在的估算结果可能反向的问题。 关键词：永磁同步电动机；高频电压注入；转子位置检测 ABSTRACT As the permanent magnet synchronous motor without excitation current, volume light, high efficiency, more and more widely in the industrial fields of application. Only know the exact rotor position information, to achieve permanent magnet synchronous motor rotor flux orientation motion control. In a traditional permanent magnet synchronous motor motion control system, usually optical encoder or resolver to detect the rotor position. However, these sensors increase the system cost and reduced reliability of the system.

基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转 子初始位置检测方法 刘景林;鲁家栋 【摘要】On the basis of the research on static initial position detection technology of interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM),a new high-precision method based on high-frequency signal injection is suggested.In the proposed method,a high-frequency rotating voltage was superimposed in the control voltage first,then the high-frequency current component was obtained by band-pass filtering of the three-phase current signal,and the positive and negative sequence components of high-frequency current response were separated by using synchronous rotating coordinate transformation,the phase of positive and negative sequence components of the three-phase high-frequency current response was extracted by the least square algorithm,the rotor position was obtained by using the difference of arbitrary phase current of positive and negative sequence components phase.Finally the NS poles was distinguished by using motor magnetic saturation effect.The method has high-precision detection accuracy,and the average detection error is about 1.73 degrees(electric angle).The experimental results show the correctness of the proposed method.%对内置式永磁同步电机(IPMSM)转子静止初始位置检测技术进行研究,提出一种基于高频信号注入法的高精度IPMSM初始位置检测方法.该方法通过向电机绕组中注入高频旋转电压信号,通过带通滤波器得到高频电流响应,利用同步旋转坐标变换将高频电流响应的正、负序分量进行分离;然后分别对三

永磁同步电机低速区无位置传感器控制技术研究

永磁同步电机低速区无位置传感器控制技术研究 张磊;高春侠 【摘要】针对传统无位置控制技术在低速区所存在的收敛性差、观测精度低等问题，进行了方案对比研究：采用高频注入式的无位置控制技术具有不依赖电机参数、可以结合矢量控制技术实现高性能调速的优点，但存在需要实现较为复杂的滤波器来进行信号辨识，同时所注入的高频信号会引起一定振动和噪声等问题。与此相比，提出一种新型的开环式无位置控制技术，其原理简单、不需要复杂的控制算法、不依赖电机参数以及凸极效应，并实现负载转矩的自适应调节。缺点是负载突变时存在转速振荡问题。因此，低速区方案的合理选择，需要依据控制系统的低速性能要求以及系统成本。%The comparative research on the problems of bad performance of convergence and low accuracy of sensorless control in standstill and near-zero speed region was carried on.Although,sensorless control with high fre-quency signal injection (HFSI) can be independent of parameters of motors and achieve high performance speed con-trol with vector control scheme,it depends on some complicated digital filters to achieve signal identification and also the high frequency signals injected in motors can arouse boring vibration and acoustic noise. In contrast,a novel open-loop sensorless control scheme was proposed with the advantages of simple structure,without complicated filters,inde-pendent of parameters and salient effect and can also achieve self-regulation according to the load conditions. The disadvantage of open-loop control is the problem of speed oscillation with large transient load. For this reason,the selection of

2016新编基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制

此主题相关图片如下： 式中：为静止d-q坐标系中注入高频载波电压，为载波电压矢量幅值。 SPWM电压源型逆变器供电拖动系统中，可以逆变器将高频载波信号直接加电机基波励磁上，如图1所示。此时，电机端电压为 此主题相关图片如下： 式中：为基波电压矢量幅值。 此主题相关图片如下： 图1 电流型PWM电压源逆变器高频信号注入法原理图 高频载波信号频率一般取1kHZ左右，远远高于基波频率，载波电压信号励磁时，电机阻抗主要取决于电机自感，此时电机模型可以简化为 此主题相关图片如下： 电机每一个极距范围内只呈现出一个空间凸极，那么以基波频率同步旋转d-q坐标系中，电机定子电感可以表示为 此主题相关图片如下： 静止d-q坐标系中，上式可以进一步转化为

此主题相关图片如下： 式中：为定子平均电感，为定子微分电感，为以电角度表示凸极位置。 载波电压矢量作用有凸极效应电机中，产生出载波电流矢量包含有正相序和负相序两个分量，即 此主题相关图片如下： 式中载波电流正、负相序分量幅值分别为： 此主题相关图片如下： 其中，正相序分量不包含位置信息，其幅值与平均电感成正比；负相序分量包含位置信息，其幅值与微分电感成正比。 提取载波电流负相序分量相角中包含凸极位置信息，必须滤除基波电流和载波电流正相序分量。基波电流与载波电流频率相差较大，可简单采用带通滤波器滤除。载波电流正相序分量与负相序分量旋转方向相反，可以先将载波信号电流转换到与载波信号电压同步旋转参考坐标系中，使载波电流正相序分量呈现成直流，再利用高通滤波器将其滤除。这种同步高通滤波器框图如下列图所示： 此主题相关图片如下： 图2 同步高通滤波器 滤除定子电流基波分量和正相序载波电流分量后，可利用转子位置跟踪观测器实现转子空间位置自检测。跟踪观测器采用外差法，单位幅值载波电路负相序分量与实际载波电流负相序分量矢量叉乘获转子位置误差信号。即 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下：