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

永磁同步电机（PMSM）转子位置估算算法是控制系统中至关重要的一个环节，因为它直接影响到系统的稳定性和性能。

在实际应用中，常用的转子位置估算方法可以分为以下几类：
1. 基于基波模型和磁场定向控制（FOC）的方法：这种方法通过分析定子电流的基波分量，可以间接估算出转子位置。

首先需要通过反Park变换和反Clark变换将定子电流转换为dq轴电流，然后通过积分计算出dq轴电角度，最后根据电角度与转子位置角的关系求出转子位置。

2. 基于滑模观测器（Sliding Mode Observer, SMO）的方法：滑模观测器是一种非线性观测器，可以通过对定子电流和电压进行积分，估算出转子位置和速度。

这种方法具有较好的动态性能和鲁棒性，但对系统噪声敏感。

3. 基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）的方法：扩展卡尔曼滤波是一种基于递推的估计方法，可以通过对系统模型和噪声协方差进行估计，实现对转子位置和速度的高精度估算。

这种方法具有较强的鲁棒性和抗噪声能力，但计算复杂度较高。

4. 基于高频信号注入的方法：这种方法通过在定子电流中注入一定频率的信号，然后检测转子位置敏感器输出的相位变化，从而估算出转子位置。

这种方法具有较好的实时性和准确性，但对硬件要求较高。

5. 基于单神经元自适应PID控制的方法：单神经元自适应PID控制器可以实现对转子位置和速度的自适应调节，从而实现对转子位置的估算。

这种方法具有较强的鲁棒性和自适应性，但计算复杂度较高。

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。

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】TM3010 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]。

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。

高频注入法转子位置原理
高频注入法估计转子位置和转速的基本原理是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。

具体来说，当在电机定子中注入高频电压或电流时，由于转子的存在，电机内部的磁场会产生畸变。

这个畸变的磁场会感应出电动势，从而产生高频电流。

通过检测这个高频电流的相位和幅值，就可以推算出转子的位置和转速。

这种方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可以分为高频电压注入法和高频电流注入法。

在实际应用中，根据不同的电机和系统要求，可以选择不同的注入方式和检测方法来获取转子位置和转速信息。

以上信息仅供参考，如有需要建议查阅相关文献或咨询专业人士。

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，还需采用其他的方式来获得电动机的初始位置。

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 HighFrequency 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。