永磁同步电机无位置传感器控制系统

第１１卷第１期２００７年１月

电机与控制学报

ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ

Ｖ０１．１１Ｎｏ．１

Ｊａｎ．２００７

永磁同步电机无位置传感器控制系统

石坚１，汤宁平１，谭超２

（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建福州３５０００２；２．西安理工大学自动化学院，陕西西安７１００４８）

摘要：针对传统永磁同步电机无位置传感器控制系统在低速段不能正常实施的问题，提出了一种简单但有效的永磁同步电机无位置传感器控制方法。通过在电机定子绕组中注入高频电压，利用电机的凸极效应，及对电机绕组端电流的处理计算，准确地计算出电机的转子位置和转速，实现无位置传感器控制。为了解决永磁同步电机的启动问题，提出了在电机静止状态下检测转子初始位置的新方法。仿真结果显示了所用方法的有效性和可行性。

关键词：无位置传感器；永磁同步电机；高频信号注入；凸极效应

中图分类号：ＴＭ３０１．２文献标识码：Ａ文章编号：１００７—４４９ｘ（２００７）０１—００５０一０５

ＮｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｅｎｓｏｒＩｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＰＭＳＭ

ＳＨＩＪｉａｎｌ，ＴＡＮＧＮｉｎｇ—ｐｉｎ９１，’Ｉ＇ＡＮＣｈａ０２

（１．ＣｏｕｅｇｅｏｆＥｌｅｃ倒ｃａｌＥｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅ巧ｊｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｏⅡｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｄｏｎ，ｘｉ’锄ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｘｉ’ａｎ７ｌ００４８，ｃｂｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｉｍｐｌｅｂｕｔｅｆＩｅｃｔｉＶｅｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＰＭＳＭｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌＶｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｌｏｗｓｐｅｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＡｈｉｇｈｆｈｑｕｅｎｃｙＶｏｌｔａｇｅｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｔ１１ｅｍｏｔｏｒａｎｄｃａｕｓｅｓａｌｉｔｔｌｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｕｎ．ｅｎｔｓｉｇｎａｌｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｌｌｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅ．Ｂｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｍｉｎｔ｝ｌｅａ珊ａｔｕｒｅ，ｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｅｃｕｍｔｅｌｙ．ＡｎｅｗｗａｙｔｏｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｍｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｗｈｅｎＰＭＳＭｉｓｓｔａｎｄｓｔｉⅡｉｓａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌＶｅ出ｅｓｔａｒｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆＰＭＳＭ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔ血ｉｓｍｅｔｌｌｏｄｃａｎｗｏｒｋｆｅａｓｉｂｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｎｓｏｄｅｓｓｃｏｎｔｒ０１；ＰＭＳＭ；ｈｉｇｈｆｂｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｓａｌｉｅｎｃｙｅｆｋｃｔ

１引言

在高性能交流传动系统中，为了实现高精确度、高动态性能的速度和位置控制，可以采用磁场定向的矢量控制或者直接转矩控制。但不管采用哪种控制方法，都需要电机转子的位置和速度信息，这大多是通过机械式的位置传感器（光电编码器、测速发电机等）来实现的，但这种传感器有安装、连接、维护等缺点，降低了系统的可靠性，增加了系统的成本。

为了解决机械传感器的缺陷，许多学者开展了无位置传感器控制技术的研究和应用。其根本思想是利用电机绕组中的有关电信号，通过适当的方法计算出转子的位置和速度，从而取代机械传感器直接给系统回馈转子信息，实现自检测。最简单的无位置传感器控制方法基于对检测到的反电动势进行积分…。这种方法虽实施简单，但在零速或低速段会因为反电动势太小，难于检测而失败，多只适用于

收稿日期：２００６一０７一“；修订日期：２００６—１２一０４

作者简介：石坚（１９８２一），男，硕士研究生，研究方向为新型电机理论与控制技术；

汤宁平（１９５４一）．男，教授、博士生导师，主要从事新型电机控制与电气传动的研究；

谭超（１９８２一），男，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。

第ｌ期永磁同步电机无位置传感器控制系统５ｌ

高速运行。随后一些学者为了解决反电动势积分法

在低速段所存在的问题提出来一些新的改善方

法旧ｑＪ，但这些方法实现起来复杂并且稳定性不好。

近年来，为了在包括零速在内的所有速段都能获得

精确的转子位置信息，一些文献提出了高频信号注

入法，利用转子凸极效应追踪转子的位置ＨｑＪ。这

种方法对电机参数不敏感，与转速没有直接关系，在

零速和低速段有着无可比拟的优势。

本文从分析永磁同步电机的高频模型出发，提

出了一种基于高频电压注入的永磁同步电机无位置

传感器控制的新方法，在电机基波激励的基础上注

入１０００Ｈｚ高频电压信号，通过对该高频电压在绕

组中产生的电流响应信号进行处理计算，得出电机

转子的位置和转速信息；而且在电机静止状态下可

以通过该方法检测出电机转子的初始位置。

２基于高频电压注入的永磁同步电机

无位置传感器控制原理

２．１永磁同步电机的数学模型

在不考虑磁滞和铁损的情况下，永磁同步电机

在ｄ—ｑ轴坐标系下的数学模型可表示为

．．姒出、

‰２７ｓ。由＋百一∞ｒＡｑｓ

妒喇。。＋警地Ａ出

秽甲＝ｒ。ｏｑ。＋—ｊｆ＋∞，Ａ出

Ａ山＝三ｄｉ出＋ＡＰ肘＝（三ｂ＋￡ｄｍ）ｉ出＋Ａ尸村Ａ甲＝Ｌｑｉ甲＝（Ｌｂ＋Ｌｑｍ）ｉ甲

ｔ＝三ｐ（ｈ＋（Ｌ。一￡。）ｉ也）ｉ甲

警＝号（ｚ～一也¨（１）（２）

（３）（４）（５）

（６）

式中：＂、ｉ、Ａ分别为电压、电流、磁链；下标山、ｑｓ分别表示定子的ｄ、ｑ轴分量；Ｌ为定子绕组电阻；Ｌ。、￡。为定子绕组的ｄ、ｑ轴电感；￡如、Ｌ。。为定转子间的ｄ、ｑ轴互电感；ｋ为定子漏电感；ｐ为电动机极对数；∞。为电动机机械角速度；∞，为电动机转子电角速度，与机械角速度∞。的关系为∞，＝舢。；Ａ，村为永磁体产生的磁链；ｔ、正分别为电磁转矩、负载转矩；．，、月。．分别为转动惯量、阻力系数。

在内埋式永磁同步电机中Ｌ。＞Ｌ。，在表面式永磁同步电机中Ｌ。＝毛。内埋式永磁同步电机具有明显的凸极性，而对于表面式永磁同步电机，由于沿着磁极方向即ｄ轴方向的磁路比其他方向都要饱和一Ｊ，造成实际中三。＞厶。虽然这种因为磁路饱和而产生的凸极效应没有内埋式永磁同步电机那么明显、稳定，但仍然可以认为所有的永磁电机都具有凸极性。

２．２永磁同步电机无位置传感器控制原理

如果一台永磁电机仅仅用∞。（∞．》∞，）的电压‰供电，电机的数学模型在转子ｄ—ｑ轴坐标系可表示为

哳ｏｓ（吼以）一ｒ＾。一础＾小“。警（７）

Ｋｈｓｉｎ（臼＾一日，）＝ｒ。ｉ。曲＋∞，（￡ｄｉｄ。ｈ＋Ａ删）＋

Ｌ。警

Ｌｎ詈（８）

ｐ，＝ｆ∞，ｄ￡＋ｐｒ０口＾＝ＪｃＤ＾ｄ￡＋ｐ加

Ｊ０Ｊ０

９，和臼。分别为转子角位移和所施加高频电压所产

生的角位移。钆为转子初始位置，钆为高频电压综

合矢量初始位置，合理的注入高频电压，ｐ加等于ｏ。

在电机静止状态下求解由式（７）、（８）可以求出：

ｉ山一＝Ｄ?ｓｉｎ（ｐ＾～ｐｒ）＋Ｄｚｃ。ｓ（以一ｐ，）ｌ（９）

ｉｑ曲＝Ｑｌｓｉｎ（以一ｐ，）＋Ｑ２ｃｏｓ（巩一日，）Ｊ其中耻老鼍驴煮

”嵩”黹

则

ｌ如Ｉ２＝氏＋毛＝（Ｄ；＋Ｑ２）ｓｉｎ２（吼一日，）＋２（Ｄ，Ｄｌ＋Ｑ１Ｑ２）ｓｉｎ（巩一日，）ｃｏｓ（巩一目，）＋

（Ｄｉ＋Ｑ；）ｃｏｓ２（ｐ。一ｐ，）（１０）令墨＝研＋Ｑ；，恐＝磋＋Ｑ；，墨＝２（Ｄ，Ｄ：＋Ｑ，Ｑ：）。式（１０）可化为

ｔ＾ｌ２＝Ｋｌｓｉｎ２（ｐ＾一日，）＋点，２ｃｏｓ２（ｐ＾一ｐ，）＋

点，３ｓｉｎ（ｐ＾一ｐ，）ｃｏｓ（９ｈ—日，）＝

二［！！！Ｌ二二：蝉。ｉｎ［２（日。一日，）＋

＾一…０…ｎ。ｒ，

９］＋譬粤（１１）其中妒＝ａｒｃｔａｎ（垒．毒堕）。不难发现，ＩＬ２在２（巩一只）＋妒＝矗竹一罢（后＝ｌ，２，３，…凡）时取得极值（极大值和极小值），即在第七（后＝１，２，３，…，ｎ）个极值点处存在如下关系：

钆ｔ，＝％ｔ，一忌詈一（詈＋詈）（１２）

５２电机与控制学报第１ｌ卷

因为式（１２）中的吼（＾）＝ｆ、。∞ｈ出＋‰是已知

ｏ０

的，妒对于给定电机，在注入给定高频电压时也是一个常数，采用电机参数如表１为例，在注入１ｏｏｏＨｚ高频电压时，９＝一１．２７９５ｒａｄ。所以，电机转子位置

可以由式（１２）直接实时计算出来。

表１永磁同步电机参数

Ｔ、ａｂｌｅ１ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＰＭｓＭ

电机参数数值

额定功率／ｋｗ

额定转速／（ｒ／ｍｉｎ）

额定电压／Ｖ

额定频率／Ｈｚ

极对数

额定转矩／（Ｎ?ｍ）

定子电阻／Ｑ

ｄ轴电感／Ｈ

ｑ轴电感／Ｈ

主磁极磁通／ｗｂ

转动惯量／（ｋｇ?ｍ２）

摩擦系数／（Ｎ?ｍ?ｓ）

式（１１）中

√（Ｋ—Ｋ：）２＋霹

————厂—～２

唑考箍等等笋‰㈣，２（ｆ＋∞：Ｌ；）（考＋∞：￡：）～“、１。７由式（１３）可以看出，本文所提出的方法依赖于电机

的凸极效应，如果￡。＝匕，式（１３）为零，就不能应用式（１２）进行转子位置观测。％的选取也会影响到检测的精确度，当然ｋ越大越有利于检测，但％太大会影响到电机运行的稳定性，综合考虑，本文选取

％＝３０Ｖ。

以上推导是在电机静止时（∞，＝Ｏ）进行的，在

电机以∞，（∞，≠０）转动状态下求解由式（７）、（８）组成的微分方程组，可以发现该方法同样可以用于

电机转动的情况。在电机以∞，转动时（∞，≠Ｏ），式

（１１）中的Ｋ。、砭、憋将因为含有∞，而发生微小的变

化，但注意到该方法所需要的是ＩＬＩ２最大值和最小值所对应的时刻，所以式（１１）中正弦量幅值』塑１二攀和直流量塑掣所发生的微

小变化不会对该方法产生影响，仅相角ｐ的变化会

对极值检测产生影响，而∞。》∞，，可以发现９的变

化非常微小，小到可以忽略。同样采用表１的电机在

注入１０００Ｈｚ高频电压为例，当电机以，＝５０Ｈｚ旋转时，求得的妒＝一１．２８２４ｒａｄ，与静止时求得的妒仅仅差了Ｏ．００３ｒａｄ。图ｌ给出了转子频率从０～１００Ｈｚ变化时所对应的ｐ值，可以看出电机转动时和电机静止时所对应的妒变化非常小，可以将妒看作常数。

，弋，

ｋ

＼≮

ｊ＼＼

、＼ｋ＼

Ｕ２０４０６０８０ｌＯＯ

ｆｒｅｑｌｌｅｎｃｙ，Ｈｚ

图１转子以不同频率转动时所对应的妒值

Ｆｉｇ．１Ｔｈｅ‘ｐＶａｌｕｅｗｈｅｎｒｏｔｏｒｒｕｎｊｎ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ

对于每一个极值点对应的时间瓦。）（后＝１，２，３，…，ｎ），注入的高频电压每次相对于转子转过罢

二时就会出现一个ｔｍ即存在下式：

（矗＝１，２，３，…，ｎ）

（１４）则电机的实时转速可通过式（１４）计算出来。

２．３电机静止时转子初始位置检测原理

在电机静止时，即

钆女）＝氏（矗＝１，２，３，…，凡）（１５）将式（１５）代人式（１２）中，可得到：

氏＝以ｃ砧一后号一（詈＋号）（后＝１，２，３，…，凡）

（１６）式（１６）表明，任何一个检测得到的以都包含转子初始位置，可以通过检测以来计算出％。

３永磁同步电机无位置传感器控制方法如图２所示，在基波激励的基础上，向电机绕组中注人ｌ０００Ｈｚ高频电压，通过电流传感器检测出电枢电流，通过带通滤波器将ｌ０００Ｈｚ的高频电流信号从检测到的电枢电流中分解出来，进而计算出Ｌ２，对ｌｋ２进行处理。检测出每一个极值时刻及其所对应的巩，再根据式（１２）由巩得到转子位置信号，根据式（１４）计算出转速，最终实现无位置传感器控制。

对于电机静止时转子初始位置的检测，如图３所示。直接对电机施加ｌＯｏｏＨｚ高频电压，对电枢电８

９

１

２

３

４

５

””勰勰勰船鹞丝

¨一

拗猢

。

。一一一一一

。

第１期永磁同步电机无位置传感器控制系统５３

流进行检测，得到每个极值所对应的瓯，结合式

（１６）即可计算出电机转子的初始位置。

机

图２永磁同步电机无位置传感器控制实施框图

Ｆｉｇ．２ｌｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｌｅ船ｃｏｎｔｒｏｌ

ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆ

ＰＭＳＭ

机

图３初始位置检测实施框图

Ｆｉｇ．３Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｒｏｔｏｒ

ｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

４仿真

为了验证这种新型转子位置观测方法的可行性和准

确性，采用Ｍａｔｌａｂ７．Ｏ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ６．２对所述方法进

行了仿真试验。如图４所示，控制系统采用ｉ。＝０的

图４永磁同步电机无位置传感器控制系统

Ｆｉｇ．４ＴｈｅＰＭＳＭｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃＯｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

矢量控制。根据数学模型构建出永磁同步电机模块

ＰＭＳＭ（参数如表１所示）。根据实际应用构建出

ＰｗＭ发生器模块ＰｗＭ和逆变器模块ＩＮＶＥＲＴＥＲ

以及高频电压注入模块ＨＦ—ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ。采用图２所示

的无位置传感器控制实施框图构建出转子位置和转

速估算模块Ｒｏｔｏｒ—ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ—Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ。电动机从

零速开始启动到给定转速７５０ｒ／ｍｉｎ，启动负载为

３Ｎ?ｍ，在０．４ｓ时刻，负载突变为１Ｎ?ｍ。

图５给出了由本文方法得到的转子位置计算值

和转子位置实际值的波形；图６给出了转子位置计

算值和实际值之间的误差波形。可以看出，该方法可

以准确的观测出转子位置，仅在启动瞬间和转矩突

变瞬间稍有偏差。图７给出了电机转速计算值和实

际值及计算误差的波形，计算值准确地得出了电机

转速，也仅在启动瞬间和转矩突变瞬间稍有偏差。在

电机启动瞬间和转矩突变瞬间计算误差比较大的原

因是：在启动、负载变化等电流发生突变的时刻，由

于产生高次谐波成分，．使带通滤波器提取的电流响

应信号受到干扰，造成了计算误差变大。

图８和图９给出了在永磁同步电机初始位置为

詈ｒａｄ和孚ｒａｄ时，运用所述方法检测出的转子初始

二斗

位置值，它们与真实值非常接近，仅仅在刚开始施加

高频电压时有微小的振荡，立即就稳定在计算的初

始位置值。之所以在开始时刻存在振荡是因为电机

要对突加的激励做出反应。

：

４

墨３

《一２

。：

－－：

图５转子位置实际值（上）与转子位置计算值（下）

Ｆｉｇ．５Ｔｈｅａｃｔｕａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｕｐ）ａｎｄｔｈｅ

ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｄｏｗｎ）

：：：

Ｏ．５

蛋：薯

菩：：；

Ｏ

：：！

，，

Ｏ．１Ｏ．２０～０．４０．５０．６Ｏ．７

∥Ｓ

图６转子位置实际值与计算值的差值

Ｆｉｇ．６ＴｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅⅡａｃｔｕ９ｌｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄ

ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ

５４电机与控制学报第１ｌ卷

５

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１

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毫

３

７。ｊｊ｝』ｉ—ｊ实际值ｒ一

００ｉ！一－计算值

｜

矗：芦，鼻误爰

口’

Ｏ．１Ｏ．２Ｏ＿３Ｏ．４Ｏ．５Ｏ．６Ｏ．７

以

图７转速实际值与转速计算值以及计算误差Ｆｉｇ．７Ａｃｔｕａｌｓｐｅｅｄ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｐｅｅｄ

ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒ姜；至◆

ｌ

Ｏ．９

轴

。０．７

Ｏ．６

Ｌ

，ｒ

Ｏ０．０１Ｏ．０２Ｏ．０３Ｏ．０４Ｏ．０５Ｏ．０６０．０７Ｏ．０８Ｏ．０９Ｏ．１

以

图９电机初始位置为詈时－估算出的初始位置值

Ｆｉｇ．９

Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｏｒｉｇｉｎａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅ

ａｃｔｕａｌｐｏｓｉｔｉ。ｎｉｓ詈

结语

本文提出了一种新型的永磁同步电机无位置传

感器控制方法，该方法基于高频电压注入，利用永磁电机的凸极效应，通过对响应电流中的高频信号进行处理计算，有效并且准确得出电机的转子位置和转速，实现了永磁同步电机转子信息的自检测。在电机静止状态下，通过合理施加高频电压，计算转子初始位置。永磁同步电机矢量控制系统的仿真很好地验证了所采用方法的有效性和可行性。

参考文献：

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永磁同步电机无位置传感器控制系统

作者：石坚， 汤宁平， 谭超， SHI Jian， TANG Ning-ping， TAN Chao

作者单位：石坚,汤宁平,SHI Jian,TANG Ning-ping(福州大学,电气工程与自动化学院,福建,福州,350002)， 谭超,TAN Chao(西安理工大学,自动化学院,陕西,西安,710048)

刊名：

电机与控制学报

英文刊名：ELECTRIC MACHINES AND CONTROL

年，卷(期)：2007，11(1)

引用次数：1次

参考文献(9条)

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9.任雷.崔芮华.王宗培永磁同步电机绕组电感的饱和效应[期刊论文]-电工技术学报 2000(01)

相似文献(10条)

1.期刊论文年珩.贺益康.黄雷.NIAN Heng.HE Yi-kang.HUANG Lei永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析

-中国电机工程学报2008,28(18)

为精确设计基于凸极跟踪的无位置传感器控制系统,在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出一种基于场路耦合法的永磁同步电机无位置传感器控制系统分析与设计新方法.该方法建立在永磁同步电机三维电磁场分析模型和基于转子磁场定向的无位置传感器控制系统模型上,通过场路耦合法进行协同仿真研究,仿真结果可精确反映无位置传感器运行性能和高频电压信号激励下永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性.在此基础上建立了与仿真系统完全对应的实验系统,实验结果与仿真结果一致,表明该分析设计方法的正确性和可实现性.

2.学位论文狄可可永磁同步电机无位置传感器参数自适应速度控制2008

本文对永磁同步电机（PMSM）的滑模观测器（SMO）无位置传感器矢量控制系统和参数自适应速度控制算法进行了研究。

首先，介绍了永磁同步电机控制技术的发展历史，并总结了无位置传感器控制技术的发展现状。

其次，介绍了坐标变换思想，给出了永磁同步电机在静止坐标系和旋转坐标系下的模型，在此基础上讨论了永磁同步电机的矢量控制方法，用MATLAB/SIMULINK进行了仿真，说明了控制方法的有效性。

阐述了滑模变结构观测器的基本理论，采用改进的滑模变结构观测器来估计永磁同步电机转子位置和速度，构造了基于滑模变结构观测器的永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，实现了无位置传感器在电机控制中的应用。仿真和实验结果验证了该技术的有效性和合理性。

设计了基于反推控制的永磁同步电机速度控制器，并通过仿真验证了系统具有很强的鲁棒性，能够很好的抑制永磁同步电机存在的参数摄动、负载摄动等不确定因素对系统性能的影响。

最后，采用DSP处理器TMS320LF2407A作为核心，设计了控制电路及外围辅助电路，编写了软件，给出了系统主程序和中断处理程序流程图。

3.会议论文何栋炜.彭侠夫.周结华一种改进的永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制2008

为改进永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制,提出一种结合扩展卡尔曼滤波和滑模观测器的PMSM速度及位置估算方法.使用Matlab/Simulink建立PMSM的无位置传感器直接转矩控制系统,实现无位置传感器情况下的PMSM启动与调速仿真.仿真结果表明,该方法具有较令人满意的效果.

4.期刊论文刘毅.贺益康.秦峰.贾洪平.LIU Yi.HE Yi-kang.QIN Feng.JIA Hong-ping基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究-中国电机工程学报2005,25(17)

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法.文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行.实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能.

5.学位论文刘媛媛基于DSP的永磁同步电机无位置传感器驱动系统研究与开发2008

目前永磁同步电动机(PMSM)在交流调速系统中已经得到广泛的应用。在调速过程中，需要精确的转子位置和速度信息去实现转子位置定向以实现伺服系统的高性能控制。通常采用光电编码器等来检测转子的位置和速度。然而这些机械式传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性，限制了永磁同步电动机的应用范围。伴随着永磁材料的迅速发展和各种控制策略的产生，及计算机技术的进步，近些年来无速度传感器控制的研究成为热点。

本文的工作立足于提高永磁同步电机控制系统性能，同时做到节约成本，设计了基于DSP永磁同步电动机无位置传感器驱动控制系统。具体包括以下几方面的研究工作：

首先，在分析了永磁同步电动机系统不确定因素的基础上，详细介绍了永磁同步电机数学模型及其矢量控制原理及本文用到的id=0控制方式的特点。提出一种通过检测定子电压和电流来估算转子速度和位置的算法。

其次，在理论基础上进行了驱动控制系统的软硬件设计，硬件设计部分按功能对系统硬件控制电路的各个组成部分的工作原理及其设计方案进行了详细的介绍；软件部分给出了主程序和中断控制程序流程图及部分功能的源代码程序。

最后，对系统驱动性能进行实验测试。由实验波形可看出系统在低速时达到了快速启动、停止，且中间运行过程平稳。证明了系统的转子位置和速度估计算法的正确性，调速性能达到了设计的稳定性、可靠性要求。

6.会议论文袁泽剑.杨耕.钟彦儒永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究1999

该文以永磁同步电机在同步旋转坐标上的电压方程为基础，研究了用假定旋转坐标来估算转子速度的矢量控制系统，分析了永磁同步电机在启动过程中存在的问题，并提出了解决办法。最后，对控制方法进行了计算机数字仿真。仿真结果表明，所设计的启动方法简单可行，用假定旋转坐标来估算转子速度运算量少，控制系统也具有较好的动态特性。

7.会议论文刘君.袁飞雄.黄海.尹斌传准无位置传感器永磁同步电机起动方法的研究2008

针对目前的大型永磁同步电动机准无位置传感器控制策略起动所存在的问题，本文提出了一种新型的起动方法，采用基于三个锁定型霍尔元件的六段式起动方式，当转速达到一定的值后切换到单霍尔元件供角的自同步方式运行，仿真和试验结果证明了该方法的正确性及可行性.

8.期刊论文康劲松.曾祥云.袁登科.赵卫兵基于MRAS的无位置传感器永磁同步电机控制技术的研究-机电一体化

2009,15(3)

以永磁同步电动机的电磁关系为参考,建立了以角频率为可调参数的电流模型,并推导了基于Popov超稳定性定理的自适应率,从而提出了一种基于模型参考自适应系统MRAS(model reference adaptive system)的永磁同步电动机无位置传感器控制方法.通过构建该调速系统基于Matlab/Simulink的仿真分析模型,进行了控制策略的仿真验证.分析结果表明,该控制方法具有较高的速度辨识精度,较好的稳态、动态性能和抗负载扰动能力.

9.会议论文张细政.王耀南永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究2008

基于表面式永磁同步电机在二相坐标下的数学模型，使用滑模变结构方法设计出了由1个滑模控制器和1个扩展滑模观测器组成的鲁棒控制系统。针对电机参数摄动和扰动对驱动性能的影响，以转速误差为参量建立滑模面，构造出滑模速度控制器以取代目前在大多数控制方案中使用的PI控制器，利用Lyapunov理论推导出自适应速度控制律，得出速度控制的参考电流和参考电压表达式。同时，由扩展滑模观测器来估算转子速度和位置，分析得到观测器的收敛条件及自适应率，证明了其稳定性。理论分析表明该方案控制器和观测器的性能不依赖于电机参数和干扰，具有较强的鲁棒性。仿真与实验结果验证了控制方案的有效性与正确性。

10.期刊论文孙凯.许镇琳.邹积勇.SUN Kai.XU Zhen-lin.ZOU Ji-yong基于自抗扰控制器的永磁同步电机无位置

传感器矢量控制系统-中国电机工程学报2007,27(3)

利用自抗扰控制器(ADRC)理论,提出一种新颖的永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器矢量控制系统.控制系统的速度环采用ADRC速度调节器,将负载看作速度环的扰动量,由ADRC观测出并加以补偿,实现了"大误差,小增益;小误差,大增益"的非线性控制,提高了系统的动静态性能和抗扰动能力;采用ADRC速度观测器,将转速和d轴电流对转矩电流环的耦合作用看作转矩电流环的扰动量,由ADRC将其观测出来,从而估计出电机实际转速.仿真和实验表明在

0～1500 r/min的调速范围内,转速估计准确,系统对负载的变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动静态性能.

引证文献(1条)

1.侯利民.张化光.刘秀翀.褚恩辉.王强永磁同步电机转子磁位自检测复合方法[期刊论文]-电机与控制学报

2008(5)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/4c18922324.html,/Periodical_djykzxb200701012.aspx

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