基于脉冲法实现转子初始定位的方法

全数字伺服系统中电机转子初始定位的方法①胡庆波,胡海兵,吕征宇(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘要:使用增量式光电编码器测量电机位置的伺服系统中,在电机启动时,普遍存在无法准确测量出电机转轴初始位置的问题。

电机的初始位置不仅影响伺服系统的定位精度,而且会对电机的启动性能造成一定的影响。

提出了一种电机初始位置的确定方法,通过输出给定位置的定子电流矢量的方法,可以精确检测出电机初始位置。

实验结果表明,使用该方法进行初始定位时,电机仅有微小的振动,并且电机在定位前后启动性能有较大的提高。

关键词:伺服系统;电流矢量;初始位置中图分类号:TM383 文献标识码:A 文章编号:100328930(2005)0420007204M ethod for M ea sur i ng I n iti a l Position of M otor Rotor of a D ig ita l Servo System HU Q ing2bo,HU H ai2b ing,LU Zheng2yu(Schoo l of E lectrical Engineering,Zhejiang U n iversity,H angzhou310027,Ch ina)Abstract:T he inaccu rate m easu rem en t of in itial po siti on of mo to r ro to r w hen the mo to r starts is a p rob lem ex isting in a servo system app lying increm en t pho to2electricity pu lse coder.T he in itial po siti on of mo to r ro to r no t on ly affects po siti on ing p recisi on,also has effect on start-perfo rm ance.T h is paper p ropo ses a m ethod fo r m easu rem en t of in itial po siti on of mo to r ro to r.T he in itial po siti on can be m easu red accu rately th rough con tro lling a given2po siti on cu rren t vecto r of mo to r stato r.Experi m en tal resu lts verify that the start2 perfo rm ance of mo to r can be i m p roved and the mo to r on ly has som e tiny vib rancy du ring the cou rse of m easu rem en t.Key words:servo system;cu rren t vecto r;in itial po siti on1　前言 交流伺服系统[1,2]广泛应用于数控车床、纺织机械、以及电力系统中的传动控制等领域。

永磁同步电机转子初始位置的检测方法王冉珺;刘恩海【摘要】In order to resolve the problem, that rotor position inspection depends on motor parameters, and is too complex to calculate current phase which may cause rotor rotated during inspection, a method using high frequency voltage injection to estimate the initial rotor position for permanent magnet synchronous motor( PMSM) is presented. When the rotating high frequency voltage signal was injected into the motor windings, the rotor position could be derived from the phase of maximum of the current response after demodulating it, filtering it and fitting with least squares method. After that, the magnet polarity was identified using magnetic saturation effects. Both simulation and experimental results show that the proposed algorithms can detect rotor initial position without motor parameters and extra hardware while keeping rotor stand still. The average of estimation error is 3. 33 electrical degrees, satisfying the PMSM startup needs.%针对永磁同步电机初始位置检测已有方法依赖电机参数,电流相位提取算法复杂,并在检测过程中会造成转子发生转动等问题,提出一种基于高频电压信号注入检测电机初始位置的方法.该方法通过对高频电压响应的电流进行解调、滤波和最小二乘拟合处理后,再计算出正弦化响应电流最大值时的相位,便得到获取转子初始位置信息,最后利用磁路饱和凸极效应,判定永磁体的极性.仿真及实验结果表明,该方法能准确检测出转子初始位置,不会使转子发生移动,也不需要知道电机的参数,硬件结构简单.位置检测的平均误差为3.33°,可满足永磁同步电机的平稳启动需求.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2012(016)001【总页数】5页(P62-66)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置;高频注入;磁路饱和;最小二乘【作者】王冉珺;刘恩海【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言在永磁同步电机高性能控制系统中，若在不明确初始位置条件下启动电机，则会出现短暂的转子反转现象，甚至导致启动失败［1］。

基于脉冲注入法实现的无刷直流电机转子位置检测摘要：本文提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时转子位置的方法。

基于方法依次向定子绕组注入一系列的脉冲，通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。

实验结果表明：该方法不但具有较高的位置检测准确性，同时对电机的参数依赖性低，可以省去电机内部的检测元件，又可以应用到其它电机。

关键词：无刷直流电机转子位置脉冲注入识别AbstractThis paper presents a method to detect the rotor position of Permanent Magnet motors at standstill by using a suitable sequence of voltage pulses. Based on this method， a suitable sequence of voltage pulses is applied to the stator windings. We can estimate the magnets position by the current variation of the pulses. The obtained results show that this method is not only efficient but also need bit of motor parameters，it can omit motor internal examination parts and may be used on other type of motors.Key words: BLDCM Rotor position Pulses injection Recognition引言近年来，由于无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)具有调速特性好、无换向火花、无无线电干扰、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点，其应用越来越广泛。

无刷电机脉冲定位原理
无刷电机是一种采用电子换向技术来驱动转子的电机，它不需
要使用碳刷来实现换向，因此具有结构简单、寿命长、噪音小等优点。

脉冲定位原理是指利用传感器检测转子位置，通过控制器发送
脉冲信号来驱动电机，从而实现精确定位的原理。

脉冲定位原理的具体步骤如下，首先，无刷电机内置传感器
（比如霍尔传感器）用于检测转子位置。

当控制器接收到来自传感
器的信号时，它会根据信号的变化来确定转子的当前位置。

然后，
控制器会根据所需的转子位置和当前位置之间的差异来生成相应的
脉冲信号。

这些脉冲信号会被发送到电机的驱动器，驱动器会根据
这些脉冲信号来控制电机的转动，使转子达到所需的位置。

脉冲定位原理的核心在于控制器根据传感器反馈的信息来精确
地控制电机的转子位置，从而实现精准的定位。

这种原理使得无刷
电机可以在需要精确定位的应用中发挥重要作用，比如工业机器人、数控机床、医疗设备等领域。

总的来说，脉冲定位原理是利用传感器检测转子位置，通过控
制器发送脉冲信号来驱动无刷电机，从而实现精确定位的原理。

这
种原理的应用使得无刷电机在精密定位和控制方面具有了更广泛的应用前景。

说明书摘要本发明公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是：首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。

此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。

摘要附图1、一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，给定ˆq 轴电压ˆ0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆq轴电流ˆq i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到ˆq轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆；最后，对该幅值信号()f θ∆进行PI 调节，得到估计转速ˆω，对估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （4）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，在ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>；（5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。

2、如权利要求1所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β。

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
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2016(036)003
【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.
【总页数】4页(P20-23)
【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
【相关文献】
1.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 [J], 杨健;杨淑英;李浩源;张兴
2.基于脉振高频注入法的永磁同步电机初始位置检测优化算法研究 [J], 包广清;王涛
3.高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法 [J], 于安博;刘利;阚
志忠;张纯江
4.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 李新旻;陈伟;张国政;王志强;陈炜
5.基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA 控制 [J], 赵文祥;刘桓;陶涛;邱先群
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基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究一、本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能，在众多领域得到了广泛的应用。

电机的转子初始位置检测一直是电机控制系统中的一个关键技术难题。

准确的转子位置信息对于电机的启动、运行和控制至关重要，尤其是在无位置传感器的应用场景中，初始位置的准确检测成为实现高效电机控制的前提。

本文旨在研究一种基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测技术。

旋转高频注入法作为一种有效的转子位置检测方法，通过在电机定子绕组中注入高频电流，利用转子磁场与注入电流之间的相互作用，实现对转子位置的检测。

该方法具有结构简单、成本低、可靠性高的特点，适用于无传感器的电机控制系统。

本文首先介绍永磁同步电机的基本原理和转子位置检测的重要性，然后详细阐述了旋转高频注入法的工作原理和实现过程。

在此基础上，通过仿真和实验验证了该方法的有效性和准确性。

对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。

通过本研究，我们期望为无传感器永磁同步电机控制系统的设计和应用提供一种新的转子初始位置检测方案，以促进电机控制技术的发展和应用。

二、永磁同步电机的基本原理与特性永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能的电动机类型，在众多工业和商业应用中得到了广泛的使用。

其独特的设计使得电机在没有额外的励磁电源的情况下，能够维持一个恒定的磁场。

这种电机的基本原理是基于电磁感应定律和永磁体提供的恒定磁场与转子磁场的相互作用。

永磁同步电机的主要特性包括高效率、高功率密度、低噪音和长寿命。

这些特性使得PMSM在需要精确控制和高性能的应用中，如电动汽车、精密机械和可再生能源系统中，成为首选的电机类型。

在转子初始位置检测方面，旋转高频注入法是一种有效的技术。

该方法通过在电机的定子绕组中注入高频电流，产生一个额外的旋转磁场。

这个旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，导致转子产生一个相对于其当前位置的位移。

永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法
《永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法》
永磁同步电机作为一种高效、节能的电机，在现代工业中得到了广泛的应用。

而在使用永磁同步电机时，初始位置辨识是一个非常重要的问题。

初始位置辨识的准确性直接影响到电机的性能和控制效果。

在永磁同步电机的初始位置辨识中，脉冲电压法是一种常用的方法。

该方法利用定子和转子之间的空气隙，在转子没有运动时，对定子施加一次性的脉冲电压，然后通过检测旋转过程中的电压、电流、位置信息，来确定转子的初始位置。

脉冲电压法的优点是简单易行、成本低廉。

它不需要额外的传感器或装置，只需要在电路控制系统中稍作调整即可实现初始位置辨识。

另外，该方法还可以在低速或停滞状态下进行初始位置辨识，适用范围广泛。

但是，脉冲电压法也存在一些局限性。

由于定子和转子之间的空气隙不是完全均匀的，因此在某些情况下可能会导致初始位置辨识的误差。

此外，该方法需要较高的电压和电流，可能会对电机和控制系统造成一定的影响。

为了提高脉冲电压法的准确性和稳定性，可以结合其他方法，比如加入自适应滤波、数字信号处理等技术，来对检测到的信号进行处理和优化，从而提高初始位置辨识的精度和稳定性。

总的来说，《永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法》是一种简单且有效的方法，适用于大多数永磁同步电机的初始位置辨识。

在实际应用中，需要根据具体情况加以调整和改进，以确保初始位置辨识的准确性和稳定性。

2021年1月Power Electronics January2021一种SPMSM转子初始位置检测方法卢相君，张兴华(南京工业大学，电气工程与控制科学学院，江苏南京211816)摘要：提出了一种表贴式永磁同步电机(SPMSM)的电压矢量注入转子初始位置检测方法。

在深入分析电机磁饱和凸极效应的基础上，建立了转子位置与注入电压响应电流的关系。

通过综合平衡转子位置检测精度与检测效率，确定了合适的注入电压幅值、作用时长及位置角度步长。

实验结果表明该方法能够根据驱动系统对转子初始位置检测的精度要求，准确地获取转子初始位置信息。

关键词：永磁同步电机；初始位置检测；电压矢量注入中图分类号:TM341文献标识码：A文章编号:1000-100X(2021)01-0030-04An Initial Position Detection Method for SPMSM RotorLU Xiang-jun,ZHANG Xing-hua(Nanjing Tech University f Nanjing211816,China)Abstract:A voltage vector injection rotor initial position detection method for surface mount permanent magnet syn­chronous motor(SPMSM)is presented.Based on the analysis of the magnetic saturation salient pole effect,the rela­tionship between the rotor position and the injected voltage response current is derived.By combining the detection precision and efficiency of the balanced rotor position,the appropriate injection voltage amplitude,action time and po­sition angle step are determined.The experimental results show that the method can accurately obtain the initial posi­tion information of the rotor according to the accuracy of the rotor initial position detection by the driving system.Keywords:permanent magnet synchronous motor；initial position detection；voltage vector injectionFoundation Project:Supported by National Natural Science ndation of Jiangsu Province(No.BK20161549)1引言永磁同步电机起动时通常需要转子位置信息，电机的转子初始位置信息的准确性很大程度上决定了电机驱动系统的起动性能，转子初始位置检测不准确可导致电机起动时反转甚至起动失败。

基于高频脉冲注入法的开关磁阻r电机转子初始位置判定研究张懿;章玮;姚叔春【摘要】针对传统开关磁阻电机在判断转子初始位置时需要外接霍尔位置传感器,不仅增加了系统硬件成本,同时降低了系统的抗震动性等问题,对基于高频脉冲注入法技术无霍尔位置传感器电机转子初始位置判定进行了研究,提出了基于逐相注入高频脉冲比较三相电流响应幅值的得到初始位置的判定算法,在12/8极1.5 kW三相开关磁阻电机上对该方法的准确性进行了试验.研究结果表明:相比于利用霍尔信号确定初始位置的方法,采用改进后高频注入法的转子初始位置的判定算法精确度上提高了一倍,且从静止起动到初始给定转速过程中无反转或其他过渡过程,可实现电机的平滑起动.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】5页(P755-759)【关键词】开关磁阻电机;无位置传感器技术;高频脉冲注入;初始位置判断【作者】张懿;章玮;姚叔春【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM352;TP240 引言开关磁阻电机(SRM)以其简单坚固的电机结构，起动转矩大而启动电流小、调速范围宽、系统效率高等特点受到国内外广大专家学者的重视，开关磁阻电机系统成为极具潜力的新一代电机调速系统。

在目前SRM系统的启动中，通常采用霍尔位置传感器来获取转子初始位置，额外的硬件检测设备不仅增加了驱动系统成本和复杂度，同时降低了整个系统的可靠性[1]。

因此无霍尔位置传感器的开关磁阻电机驱动系统的研究受到国内外学者的关注，文献[2]采用电流波形检测法，利用增量电感所引起的相电流变化率解算出转子的位置，但该方法电感的计算时间较长，算法易受噪声信号的的影响；文献[3]利用SRM的磁链-电流-转子位置之间的特性曲线来估计转子初始位置，但需要建立并查找三维表，占用内存大，算法复杂；文献[4]提出通过向非导通相注入高频电压脉冲，检测响应电流的幅值进而估计转子位置，该方法无需外加硬件且简单可靠，但采用两相导通方式，准确度下降，且相间干扰误差较大。