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永磁同步电机转子初始位置检测及启动策略Initial Rotor Position Detection and Start-up Strategy of Permanent Magnet SynchronousMotor大连交通大学电气信息学院丁志勇（Ding Zhiyong）转子位置检测是永磁同步电机控制系统稳定运行的必要条件，使用增量式编码器不能准确得到转子的初始位置信息，直接启动会产生未知后果，通常需要额外的初始位置检测方法。
本文分析了在未知电机转子初始位置时直接启动可能出现的情况，提出一种基于增量式编码器A、B脉冲信号的转子初始位置检测方法，并在启动过程中完成增量式编码器的校正。
实验结果表明，该方法简单有效。
关键词: 永磁同步电机；增量式编码器；转子初始位置；编码器校正Abstract: Rotor position detection is a necessary condition for the stable operation of the permanent magnet synchronous motor control system. Using the incremental encoder can not obtain the accurate information of the initial rotor position. Direct start-up will produce unknown consequences, so it usually requires additional initial position detection method. This paper analyzes the possible situation of direct start-up in the case of unknown the motor initial rotor position, and proposes a rotor initial position detection method based on A and B pulse signals of the incremental encoder, completes correction of incremental encoder in the process of starting-up. Experimental results show that the method is simple and effective.Key words: PMSM; Incremental encoder; Initial rotor position; Encoder correction【中图分类号】TM351 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-0073-041 引言永磁同步电机具有功率密度高、结构简单以及调速性能好等优点，在工业领域得到广泛的应用[1]。
上式中，转子角速度由ω指代，当它的取值为
因高频电压信号从电机绕组中通过，故而，可对定子电阻压降进行忽略，进一步得出定子电压方程和电流响应信号等[1]。
将高频旋转电压信号持续注入定子绕组中，即可得出三相静止坐标系中的电压，分别用U和ωh对高频电压信号幅值和角频率进行表示，继而依托3/2将其变换至两相
由上式可知，三相高频电流响应信号都是两个同频率正弦信号差，同频率正弦交流电压相加其性质不变，而幅值影响因素则是两个信号各自的幅值和相位差。
已知电机参数和高频注入信号的情况下，θ能调制三相高频电流响应信号幅值。
三相高频电流响应信号幅值与θ角变化规律相关，与正弦规律类似。
三相高频电流响应信号幅值变化幅度与电机凸性成正比。
倘若提取位置信息时使用查表方法，无论是注入高频电压信号幅值，还是角频率都会对该操作产生干扰，反之，
轴电感会随之减小，
图1定子磁势影响d轴磁路
由上述已知条件，对电机d轴电流表达式予以确定：
得出结论：i d与L sd成反比，L sd越大，i d越小。
该背景下，分别将同等时间和幅值的脉冲电压注入到不同的位置和（θ+π），继而对两次响应电流幅值进行检测和比较，得出转子位置角[3]。
3实验结果分析
采用一台内嵌式永磁同步电机，对永磁同步电机转子初始位置检测方法进行验证，分别将其额定电压和额定功。
中国矿业大学本科生毕业设计姓名：学号：学院：专业：设计题目：永磁同步电动机转子位置辨识专题：指导教师：职称：2010年6月中国矿业大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任务下达日期：毕业设计日期：毕业设计题目：永磁同步电动机转子位置辨识毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1.掌握永磁同步电动机的工作原理；2.永磁同步电动机的转子位置辨识意义；3.分析比较各种转子位置辨识方法；4.设计转子位置辨识系统。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩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。
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ABSTRACTAs the permanent magnet synchronous motor without excitation current, volume light, high efficiency, more and more widely in the industrial fieldsof 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.Therefore, sensorless permanent magnet synchronous motor rotor position detection has gradually become a hot spot.This paper describes the development process of permanent magnet synchronous motor, permanent magnet materials development, and its structure, working principle and characteristics. Introduced a permanent magnet synchronous motor rotor position detection of the common methods in two ways: the direct detection and indirect detection methods. Direct methods can be divided into: rotating transformer, magnetic encoder method, optical encoder method; indirectly, can be divided into: inductance method, flux method, imaginary coordinate system method, the various observer-based estimation method, Kalman filtering device method, high frequency injection method and Artificial Intelligence based on the theory of estimation methods.The main topics for research work to do the following: In building a mathematical model based on in-depth analysis of the saturation effect of the stator inductance, obtained rotating high frequency signal injection method to accurately track the position of the rotor salient, but its existence can not be determined or estimated results is N pole S pole position of the problem. For this problem, this paper analyzed the current permanent magnet synchronous motor stator magnetic circuit saturation, according to the amplitudevariations of current vector rotation, a permanent magnet rotor determine N / S pole polar solutions to Injection of conventional high-frequency estimation results are likely to reverse the existing problems.Keywords：Permanent magnet synchronous motor, High frequency signal injection, Rotor position detection目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景 .......................................................1 1.2 永磁同步电动机的国内外研究现状 (2)1.3永磁材料的发展 ....................................................... 4 第二章永磁同步电动机的结构及特点. (4)2.1永磁同步电动机的总体结构 (4)2.1.1 定子结构 (5)2.1.2 转子结构 ....................................................... 6 2.1.3 永磁同步电动机的转子磁极结构型式 ............................... 6 2.2永磁同步电机的特点 .................................................. 10 第三章永磁同步电动机的工作原理及数学模型. (11)3.1永磁同步电动机的工作原理 ............................................ 11 3.2 坐标变换原理 . (12)3.3永磁同步电动机的数学模型 (13)3.4磁路结构对数学模型中参数的影响 ...................................... 15 第四章永磁同步电动机转子位置检测的方法 (17)4.1直接方式 ............................................................ 17 4.2间接方式 (18)第五章旋转高频注入法的原理及应用 (22)5.1旋转高频信号激励下永磁同步电机数学模型 .............................. 22 5.2旋转高频电压信号注入法原理 (23)5.3永磁同步电机转子初始位置检测 (27)5.3.1基于旋转高频注入法的转子初始位置检测原理 (28)5.3.2面贴式永磁同步电机定子电感饱和效应分析研究 .................... 29 5.3.3根据高频电流响应幅值判定N、S极 . (31)第六章结论 ................................................................ 32 参考文献 ................................................................... 34 翻译部分 . (36)英文原文 ............................................................... 36 中文译文 (45)致谢 (54)中国矿业大学2021届本科生毕业设计第1页第一章绪论1.1课题的研究背景直流电气传动和交流电气传动在19世纪中期先后诞生，由于直流电气传动具有良好的调速性能和转矩控制性能，改变决定交流调速的电源频率的改变和对电动机转矩控制极为困难，因此，在20世纪相当长的一段时间内直流传动成为电气传动的主流。
然而，由于直流电动机具有电刷和换向器，成为限制其自身发展的主要缺陷，导致其生产成本高、制造工艺复杂、运行维护工作量大，加之机械换向困难，其单机容量、转速及使用环境都受到限制。
从20世纪30年代，人们致力于交流调速技术的研究。
现代电机调速技术是一门比较复杂的交叉技术，涉及的领域广泛，包括电机、电力电子技术、控制理论、计算机技术与仿真等几个方面。
近四十年来，电机调速技术在世界上得到了蓬勃发展，特别是电力电子器件技术的进步促进了现代电机控制技术的发展，如不断出现了SCR，GTO，GTR，IGBT等新器件。
