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
进控制策略，提升系统性能。本研究对于降低系统成本、提高系统可靠性具有重要意义，并为无位置传感器的PMSM控制提供了一种新的解决方案
基于高频方波注入的船舶电机无传感器控制研究 近年来，随着船舶电气化的发展，电机的无传感器控制逐渐成为了一个研究热点。传统的电机控制需要安装传感器来获取电机状态信息，这样会增加电机控制系统的复杂性和成本。而无传感器控制技术采用高频方波注入的方法来实现对电机控制的精确控制，不仅提高了电机控制的精度，还降低了系统成本。 高频方波注入技术是基于电机自身感应电动势的测量，并通过高频信号提取出电机的角速度和位置信息。该技术可以将高频电压方波信号注入到电机的三相绕组中，通过注入的信号，可以使绕组中产生高频瞬时电动势。瞬时电动势的频率是电机转速的数倍，可以通过对注入信号和电机绕组电压的差值计算出电机的角速度和位置信息。 通过高频方波注入技术，可以实现电机的无传感器控制。当电机的负载瞬间发生变化时，高频方波注入技术可以迅速地响应，提供准确的测量和控制信息，从而实现对电机功率的精确控制。此外，该技术还具有抗干扰能力强、系统可靠性高的特点。 目前，高频方波注入技术已经被应用在许多船舶电机控制系统中。例如，某大型海洋工程船舶的主推进电机控制系统，采用了高频方波注入技术实现了无传感器控制。该船舶电机控制系统采用了双闭环控制结构，其中外环控制电机的转速，内环控制电机的转矩。通过高频方波注入技术提供的电机状态信息，控制系统可以实现对电机的精确控制，从而大大提高了船舶的运行效率和可靠性。
总之，考虑到船舶电机控制的精准性和成本问题，采用高频方波注入技术实现电机的无传感器控制已经成为了一个重要的研究方向。这一技术不仅可以提高电机控制的精度，还可以降低系统成本，对于船舶电气化的发展具有重要的意义。为了更好地解析船舶电机无传感器控制技术的实际应用效果，以下是一些相关数据和分析： 首先，据统计，采用高频方波注入技术实现电机无传感器控制的系统可靠性非常高，故障率不到0.1%。船舶作为一个风险较高的行业，控制系统的可靠性和稳定性至关重要，因此这一数据非常令人满意。 其次，采用高频方波注入技术的电机控制系统能够大大提高船舶电机控制的精准性，进而提高了船舶的运行效率。通过对某些大型船舶进行实际应用，发现不仅可以实现对电机主要参数（如转速、转矩）的精确控制，还可以完美应用于一些实时调整的功能，例如发电机转矩调节、备用电源控制等。从运行数据来看，相对于传统的传感器控制技术，通过高频方波注入技术实现电机的无传感器控制，系统的稳定性更高，运行效率和能耗也得到了大幅度的提高，整体效益十分显著。 最后，我们来看一下采用高频方波注入技术的电机控制系统的成本问题。相较于传统的传感器控制技术，采用高频方波注入技术显然可以大大降低系统成本。主要表现在两个方面：一是取消了复杂的传感器安装和调试工作，二是该技术操作便捷，易于维护和管理，不仅可以为船舶企业降低日常运营成本，还能够有效地减少额外的人工维护和设备维修费用。
无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制系统方案的研究 1 前言 近年来，由于现代化及智能技术的发展，无位置传感器永磁同步电机（PMSM）的应用越来越普遍。PMSM具有高效率，高转矩密度，低热产生，低噪声及易于控制等特点，从而得到广泛应用。 然而，PMSM具有恒定的转矩特性，因此其转矩的直接控制至关重要，而不能使用传统的电压控制方式，因此引出了转矩直接控制系统。该系统采用转矩跟踪电流控制或状态跟踪电流控制方式，可以实现交流电动机的转矩直接控制，从而达到更好的控制效果。 本文旨在介绍无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制系统的 研究方案，并结合实际应用情况，给出具体的实现方案。 2 研究方案 2.1 转矩直接控制原理 转矩直接控制系统的原理是采取反馈控制的方式，以转矩信号作为输入信号，通过反馈控制得到输出电流信号，从而控制电机的转矩。转矩直接控制方式有转矩跟踪电流控制和状态跟踪电流控制，其原理如下： 转矩跟踪电流控制：根据转矩信号，直接计算出转动惯量电流，设定一个跟踪器，将计算出的电流与实际输出电流做差，计算出误差值，并与PID控制器结合，计算出电机的新电流值，从而实现转矩控制。 状态跟踪电流控制：通过采集到的转矩信号，计算出电机的期望
状态，将实际状态与期望状态作比较，计算出误差值，并与PID控制器结合，计算出电机的新电流值，从而实现转矩控制。 2.2 无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制系统方案 针对无位置传感器永磁同步电机，需要基于转矩跟踪电流控制和状态跟踪电流控制的原理，搭建一套转矩直接控制系统，从而实现转矩的控制。 根据原理，可以结合控制系统硬件及软件的要求，提出如下的实现方案： （1）硬件设计 系统硬件主要由控制器、数字量放大器、A/D转换器及伺服驱动器等构成。 （2）软件设计 电机控制软件主要由实时控制系统、转矩控制算法等构成。 （3）实际应用 在实际应用中，可以使用PID控制器结合特定的转矩控制算法，进行实时的转矩控制，从而实现更好的调节效果。 3 结论 本文针对无位置传感器永磁同步电机，介绍了基于转矩直接控制的研究方案，并结合实际应用给出了具体的实施方案。此研究方案可为实现转矩直接控制提供参考，从而更好地应用PMMS。
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：
永磁式同步电动机无传感器控制技术简述 前言：pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面，并逐步迈进交流调速系统时代。 pmsm因其高转矩惯性比、高能量密度、高效率等固有特点广泛应用于航空航天、电动车、工业伺服等领域。伴随着高性能磁性材料、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展，特别是矢量控制和直接转矩控制等高性能控制策略的提出，使得pmsm调速系统得以迅猛发展。pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面，并逐步迈进交流调速系统时代。 高性能pmsm控制系统依赖于可靠的传感器装置和精确的检测技术。传统控制系统多采用光电编码器，旋转变压器等机械传感器获得转子位置信息。但是机械传感器安装维护困难，不但增加了系统机械结构复杂度，而且影响了系统动静态性能，降低了系统鲁棒性和可靠性。pmsm矢量控制系统性能往往受限于机械传感器精度和响应速度，而高精度、高分辨率的机械传感器价格昂贵，不但提高了驱动控制系统成本，还限制了驱动装置在恶劣条件下的应用。机械传感器低成本、高精度、高可靠性的自身矛盾根本的解决方法就是去掉机械传感器而采取无传感器技术。因此，pmsm无传感器控制技术的研究迅速成为热点。 pmsm国内外研究现状 国外在20世纪70年代就开展无传感器控制技术的研究工作。在其后的20多年里，国内外学者对交流电机的无传感器运行进行了广泛的研究并提出了很多方法。这些研究成果使得无传感器控制的电机驱动系统能够应用于更多的工业领域中。 pmsm无传感器技术主要两个发展阶段：第一代采用无传感器矢量控制技术的交流电动机经过近10年的研究和原型机试验已经出现在市场上。第一代无传感器电动机的调速精度不高，可以正常工作的速度范围也有限，在低速、零速时，机械特性很软且误差变得很大，无法进行调速。第一代无传感器技术还很不完善，因此限制了它的使用范围。现在正在研制的是第二代无传感器技术，人们预计将能有更高的精度且在零速时也能进行完全的转矩控制，可与传统的矢量控制技术相媲美。第二代无传感器技术预期的应用领域与第一代无传感器技术基本相同，但有更好的动态特性。 pmsm无传感器控制技术综述 pmsm无传感器技术自荣获国内外学者的广泛关注之后，研究进展很快，已取得阶段性成果，部分技术已实用化。从pmsm自身特点的深入挖掘到众多现代控制理论的引用，pmsm 无传感器控制理论正不断的推陈出新。现对pmsm无传感器控制主流理论综述如下。
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EKF的PMSM无传感器控制研究 季传坤;钱俊兵 【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)位置与速度传感器易受外部条件和自身精度 的影响,以及PMSM无传感器控制等问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的PMSM非线性预测无传感器控制方法.该方法具有预测性、自适应能力、抗干扰性、易于软件实现等优点.首先,详细分析了PMSM的矢量控制系统数学模型和EKF原理.其次,将EKF算法应用于PMSM的无传感器矢量控制中,即将电机αβ轴电流和 电压作为输入变量,经过EKF算法运算,估算出转子转速和转子位置来代替电机的位置与速度传感器.最后,搭建基于MATLAB/Simulink的PMSM无传感器矢量控制 系统仿真模型.仿真结果表明,EKF控制方法能准确估算出电机在空载和负载(随机) 时的位置和转速,且具有较好的可预测性和系统响应性.在电机突加负载的情况下,也可以快速恢复到稳定状态,具有较强的抗负载性. 【期刊名称】《自动化仪表》 【年(卷),期】2019(040)001 【总页数】4页(P11-14) 【关键词】永磁同步电机;卡尔曼滤波;电机仿真模型;矢量控制;无传感器控制;系统 响应性;抗负载性 【作者】季传坤;钱俊兵 【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学机电工 程学院,云南昆明650500
【正文语种】中文 【中图分类】TH-39 0 引言 永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)具有结构简单、体积小、效率高、响应快、调速范围宽等优点[1]，被广泛应用于国防、航空航天、工业控制、农业生产等领域。但PMSM的永磁体所用材料价格昂贵，大大限制了PMSM的发展。随着永磁体材料汝铁硼的出现，PMSM进入一个全新的发展时期。PMSM通常采用磁场定向矢量控制，控制系统需要安装机械传感器来测量转子的 位置和电机转速。然而，安装高精度的机械传感器不仅会增加电机的成本，且不能保证在复杂状态下的测量精度和准确度[2]。因此，PMSM无位置传感器控制成为研究的热点[3]。PMSM无位置传感器控制常用的方法有：状态观测器、模型参考自适应、高频注入、智能控制等[4]。 模型参考自适应算法虽然控制方法比较简单，但是辨识的位置和速度以及控制系统的工作效率主要取决于参考模型能否得到准确的参数[5]。高频信号注入法适用于 凸极比较高的电机，且高频响应和相位延迟对算法精度的影响很大[6]。智能控制 算法，如神经网络、遗传算法等[7-8]，算法比较复杂，实现较为困难。本文提出 的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter，EKF)控制方法具有较强的自适应性 和抗干扰性，且操作简单易行。仿真结果表明，本文提出的基于EKF控制的无传 感器控制方法具有很好的抗负载性和系统响应性。 1 PMSM矢量控制数学模型 矢量控制又称磁场定向控制。其基本思想是：模拟直流电机的控制方法，利用坐标变换将PMSM的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电流分量(两个彼此相互垂直
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 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
双三相永磁同步电机无位置传感器控制研究随着现代控制理论和电力电子技术的进步,交流传动系统的大功率化已然成为发展趋势。而多相电机由于其高功率密度、高可靠性的特点,能很好地满足大功率高可靠性交流传动系统的要求。本文借鉴了传统三相电机的一些研究方法,选择了与传统三相电机较为相近的双三相电机进行研究。首先介绍了双三相永磁同步电机(PMSM)的应用场合、数学建模和控制策略。考虑到双三相永磁同步电机广泛应用于工况复杂的航空航天、电动汽车、机车动车和船舶舰艇等领域,电机驱动系统的可靠性十分重要,因此文章分析了电机驱动系统中常见的故障类型以及故障应对措施,并对故障发生率高且故障影响较大的传感器故障展开了详细的研究。通过对电压/电流传感器和位置传感器的故障数据比较,说明了无位置传感器控制作为一种“应急备用”的重要性。其次讨论了双三相PMSM的数学建模。为了控制算法的实现,需要对双三相PMSM进行旋转坐标变换,因此本文分析了基于矢量空间解耦的电机数学模型和基于双d-q坐标变换的电机数学模型,并分析了两种数学模型对应的PWM控制策略以及矢量控制的差异。然后基于双三相PMSM数学模型,研究了双三相PMSM的无位置传感器控制,在低速段采取高频信号注入方法,在高速段采取基于优化的滑模控制策略,并通过观测转速的方法,将两种方法有效结合,实现双三相PMSM 在全速范围内的无位置传感器控制,在位置传感器发生故障时能维持基本的安全运行,避免极端工况下因机械传感器引起的可靠性降低问题。最后介绍了双三相PMSM驱动控制实验平台的构造、软件设计和
通信故障检测,设计了双三相PMSM基于双d-q坐标变换控制算法的DSP实现方案,并对实验平台数据通讯部分进行了实验验证。
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)
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：
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述 永磁同步电机（PMSM）是一种高效、高功率密度和高力矩/体积比的电机。在工业控制和自动化领域中得到了广泛应用。传统的PMSM控制方法需要使用位置传感器来实时测量转子位置信息，以便实现准确控制。传感器的安装和维护等问题使得这种方法不适用于某些 特殊环境下的应用。无位置传感器控制技术应运而生，成为永磁同步电机控制领域的研究 热点。 无位置传感器控制技术的核心是通过使用适当的算法，从电机的电流、电压和转速等 信号中间接地推断转子位置信息。根据其推导转子位置的方法的不同，无位置传感器控制 技术可分为观测器，阶跃响应和卡尔曼滤波等方法。 观测器方法是最常用的无位置传感器控制技术之一。其基本思想是设计一个观测器， 通过推测反馈回路中的一些信号，估计出转子位置。根据观测器的结构和使用电流、电压、速度以及其他信号的方式的不同，观测器方法又可以分为反电动势（BEMF）观测器、扩展 观测器和高阶观测器等。 BEMF观测器是最简单和最常见的观测器方法。它基于电动势BEMF的理论，通过回馈 电流和电压信息，估计转子位置。BEMF观测器在低速和低转矩情况下可能会失效，并且对参数变化比较敏感。扩展观测器通过引入额外的状态变量来提高观测性能，并且对参数变 化比较鲁棒。高阶观测器是在扩展观测器的基础上进一步引入非线性扰动补偿算法，以提 高抗干扰能力和稳定性。 阶跃响应方法是另一种常用的无位置传感器控制技术。其基本思想是在电机转矩产生 突变时，通过观察电流或速度的阶跃响应来推测转子位置。阶跃响应方法需要较大的电流 突变，限制了其应用。 卡尔曼滤波是一种经典的状态估计方法，也可以用于无位置传感器控制技术中。卡尔 曼滤波通过建立状态方程和观测方程，利用过去信息和测量信号，对未来的状态进行估计。在PMSM控制中，卡尔曼滤波可以通过自适应性和鲁棒性对模型误差和参数不确定性进行补偿。卡尔曼滤波方法计算量大，实时性较差，对控制器设计和参数调整要求较高。 虽然无位置传感器控制技术在提高系统可靠性和便捷性方面具有很大优势，但是由于 其对电机参数的敏感性较高，控制性能相对传统方法略差。未来的研究重点应该放在提高 无位置传感器控制技术的稳定性和抗干扰性能上，以便更好地适应各种特殊环境下的应用 需求。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述摘要 永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、效率高、功率密度大等特点，被广泛应用于新 能源汽车、工业机器人等领域。在控制方法中，使用位置传感器可获得电机旋转的准确位置，但传感器成本昂贵，安装和维护不方便。因此，无位置传感器控制技术广受关注。本 文综述了永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展现状和应用，包括基于电流、基于电 压和基于模型预测控制等方法。此外，还讨论了无位置传感器控制技术在新能源汽车中的 应用和优势。 综述 无位置传感器控制技术的实现需要利用电机的电流和电压信息，来推算出电机当前的 位置、速度等状态参数。目前无位置传感器控制技术主要包括基于电流、基于电压和基于 模型预测控制等方法，本文将从这些方面进行详细的综述。 1. 基于电流 基于电流的无位置传感器控制技术是最为传统的方法之一。通过采集电机的电流信息，可以确定电机磁极位置的近似值，从而推算出电机的旋转速度和位置信息。该方法的主要 原理是根据电机的电流曲线波形来识别电机的磁极位置。系统实现上，需要使用特定的反 电动势（back-EMF）观测器和相关的滤波算法。基于电流的控制方法具有实现简单、计算 量小的优点，但是精度较低，随着控制精度的提高和小型化的需求，该方法的应用较为有限。 3. 基于模型预测控制 基于模型预测控制是一种较为新颖的无位置传感器控制技术，其主要原理是通过利用 电机的数学模型和仿真模型，将电机的速度和位置信息预测出来，并根据预测结果进行控制。该方法需要对电机的动态模型进行建模和仿真，进而可以利用模型预测出电机的位置 和速度等状态参数，并作为控制器的输入，实现电机无位置传感器控制。基于模型预测控 制方法具有精度高、适用性强等优点，但同时也对控制器的计算能力有一定的要求，且控 制器定位时间较长。 综上所述，无位置传感器控制技术是PMSM电机控制中的重要方向之一，目前已经有了很好的发展和应用。未来，随着控制技术的不断深入和新能源汽车产业的快速发展，无位 置传感器控制技术有望进一步提高电机控制的精度和效率，推进新能源汽车的发展。
基于无滤波器高频方波注入的IPMSM无传感器控制策略傅睿潇;黄守道;王海龙;王家堡 【摘要】本文提出了一种基于静止坐标系的高频方波电压注入方法.该方法是通过在α∞静止坐标轴系中注入高频方波电压,从而得到高频电流响应来估算永磁同步电机的转子位置.该方法采用高注入频率,从而可以减少转子电阻的影响,提高估计精度.其次,该方法在信号处理过程中无需滤波器的使用,因此控制系统的带宽得到了提升.此外,为准确地估计转子位置,本文采用了比传统PI观测器的估计精度更高、抗扰动能力更强的扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO).最后,在一台1.5kW的内置式永磁同步电机上进行了实验,实验结果证明了在低速情况下本文提出的无传感器控制方法能取得优异的结果. 【期刊名称】《大电机技术》 【年(卷),期】2018(000)006 【总页数】6页(P6-11) 【关键词】内置式永磁同步电机;无位置传感器;高频注入;低速;ESO 【作者】傅睿潇;黄守道;王海龙;王家堡 【作者单位】湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000 【正文语种】中文 【中图分类】TM351
永磁同步电机因其转矩密度大、效率高而在电动车驱动、舰船推进、数控系统及家用电器等领域得到广泛应用。高性能的永磁同步电机控制技术如矢量控制需要转子精确的位置信息。通常转子位置信息由机械式位置传感器获得，然而该传感器的安装会增加系统的成本和尺寸，并降低系统的可靠性，且在特殊环境中无法使用机械式传感器，为了解决以上问题，国内外学者提出了无位置传感器控制技术[1-3]。 永磁同步电机无传感器策略主要有滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器、模型参考自适应控制[4-6]。这些方法都是通过检测反电动势再利用电机模型得出转子位置，然 而在低速甚至零速的情况下，反电动势幅值太小，信噪比太低，因而无法准确提取来估计转子位置。相比之下，高频注入法在低速和零速下有着较大的优势[7-9]。 高频注入法基于电机凸极性，利用包含转子位置信息的电机高频模型电感矩阵来实现无传感器控制，通过注入高频电压或电流信号，可以从响应信号中提取转子位置。本文提出了一种基于静止α(β)参考系的方波电压注入无传感器控制策略，通过将 高频方波电压注入到定子静止参考系的α(β)轴上，高频响应电流将随位置改变而 波动，从而得到转子位置。整个信号处理过程中无需使用滤波器，可以大大提高系统带宽，注入高频方波信号可以更好地消除定子电阻的影响。同时，采用ESO进 行转子位置观测，提高了收敛速度和控制精度和抗扰动能力。最后，进行了仿真和实验的验证，证明了该方法的有效性。 IPMSM在dq旋转坐标系下的电压数学模型为 式中，ud，uq分别为dq轴电压分量，id，iq分别为dq轴的电流分量；Rs代表定子电阻；Ld，Lq分别为定子dq轴电感；p表示微分算子；ωe为转子电角速度；Ψf表示永磁体磁链。 从dq旋转坐标系到αβ静止坐标系有转换矩阵 于是把式（1）通过转换矩阵变换到αβ两相静止坐标系得到： 式中，uα，uβ分别为静止两相坐标系αβ轴电压分量；iα，iβ分别为静止两相坐
永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究 永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究 摘要：永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种广泛应用于工业自动化系统中的高效率电机。传统的PMSM控制策略通常依赖于位置传感器来实时获取转子位置信息，从而确定电机控制策略。然而，位置传感器的安装和维护成本相对较高，且存在可靠性问题。因此，发展一种全速度范围无位置传感器控制策略对于提高PMSM的可靠性和经济性具有重要意义。本文针对这一问题进行了研究，提出了一种基于直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）的无位置传感器控制策略，并进行了仿真验证。 第一章引言 随着电力电子技术的不断发展，PMSM在工业自动化领域得到了广泛的应用。PMSM具有高效率、高功率密度、快速响应和良好的控制性能等特点，因此在很多应用中取代了传统的电动机。现有的PMSM控制策略主要依赖于位置传感器来实时获取转子位置信息，从而确定电机控制策略。然而，位置传感器的安装和维护成本较高，且存在可靠性问题。 第二章无位置传感器控制策略 2.1 直接转矩控制 DTC是一种无位置传感器控制策略，广泛应用于PMSM的控制中。DTC通过实时估算转子位置和电流信息，快速响应电机的变化需求，并实时调整电机控制策略。该方法实现了对PMSM全速度范围的高精度控制，提高了电机的动态性能和响应速度。 2.2 转矩估算方法
在DTC中，转矩估算方法起着至关重要的作用。通过准确估算转矩值，可以实现电机的高精度控制。常用的转矩估算方法包括模型参考自适应系统、滑模观测器等。这些方法通过分析电机的模型和参数，估算出转矩的大小，并实时调整电机的控制策略。 第三章仿真验证 为了验证所提出的无位置传感器控制策略的有效性和性能，本文进行了仿真实验。通过Matlab/Simulink软件建立了PMSM的仿真模型，设置了转矩和速度的变化需求，并采用DTC 方法进行控制。 仿真结果表明，所提出的无位置传感器控制策略能够实时响应电机的变化需求，保持较高的控制精度。在高速和低速运行条件下，电机都能够稳定运行，并满足控制要求。 第四章结论 本文针对PMSM全速度范围无位置传感器控制的需求，提 出了一种基于DTC的控制策略，并进行了仿真验证。根据仿真结果，所提出的控制策略能够实现对PMSM的高精度控制，提 高了电机的动态性能和响应速度。未来的研究可进一步优化控制策略，提高无位置传感器控制的可靠性和鲁棒性。 本文提出了一种基于DTC的无位置传感器控制策略，在仿真实验中对PMSM进行了验证。结果显示，该控制策略能够实 时响应电机的变化需求，保持较高的控制精度。无论在高速还是低速运行条件下，电机都能够稳定运行，并满足控制要求。因此，该控制策略能够显著提高PMSM的动态性能和响应速度。未来的研究可以进一步优化控制策略，提高无位置传感器控制的可靠性和鲁棒性
永磁同步电机无位置传感器控制策略研究 摘要：位置传感器在改善电机控制精度方面发挥着重要的作用，但同时也增加了电机的成本和维护费用。永磁同步电机无位置传感器控制策略能够有效降低电机的总体造价，同时可以获得更高的控制精度。本文首先对永磁同步电机建立完整的数学模型，实现永磁同步电机的高性能控制方式。 关键词：永磁同步电机；无位置传感器；控制策略 1永磁同步电机的组成 同步电机的定子绕组是按照正弦分布的，当将定子用永磁材料代替时将不需要额外的励磁绕组，永磁同步电机结构可以做出简化，当定子绕组接入正常的三相交流时，将使得电机产生电磁转矩可以实现电机转动，称这种电机为永磁同步电机（简称PMSM） o永磁同步电机与异步电机相比存在以下优点，这是这些优点使得永磁同步电机表现的比异步电机性能更加优越。永磁同步电机不需要笼型转子，稀土材料做出的同步电机惯性较小，这样当电磁转矩作用后电机能够很快相应；同时永磁同步电机不存在转子损耗，这样效率就较异步电机高；其中最明显的特点就是永磁同步电机不需要额外的励磁电流，这样在做同等容量的电机时, 永磁同步电机可以做的尺寸更小，这就使得永磁同步电机所具有的功率密度较异步电机高。永磁同步电机想要实现高效的运行需要进行数学模型简化，山于永磁同步电机是含有多种变量的非线性多耦合的微分方程构建的动态系统，因此想要实现转矩的线性控制就需要将非线性部分解耦成为线性结构。解构方式可以通过将三相静止坐标系转换为两相静止或旋转坐标系下独立分量进行单独控制，然后与高效的控制方案相结合。永磁同步电机的定转子间不存在准差率，这样在控制的过程中没有转子参数的影响，这将更容易实现电机的高性能控制。 2基于基波数学模型的无传感器控制方法 矢量控制与直接转矩控制都需要得到转子的位置信息，山于需要传感器的测量，增加了电机控制系统的成本，因此希望将位置传感器进行简化通过转子位置估计实现控制技术，这是电机控制发展至H前的一个重要研究课题。本章主要针模型自适应算法进行分析。模型参考自适应系统（MRAS）在上世纪50年代逐渐发展起来，整个模型自适应参考系统可以分为3个组成部分：可调模型、参考模型与自适应律。在实际的控制过程中，整个系统的参数将会受到较多参数变化的影响，其中有山于模型内部参数的变化造成，这主要有系统结构的变化、系统随时间内部状态将发生变化等内部原因造成，也有当控制过程中外部检测设备噪声产生的干扰造成的控制结果不理想。这是山于在控制的过程中受到内部或外部等问题产生的较多的影响，使得控制U标往往与控制结果不符，造成不能满足系统需要的性能要求，因此在基于系统模型建立的控制方法中往往不能把这些因素消除，只能在有限的范围内进行控制。为了能够在控制的过程得到较好的效果，就需要控制系统能够在控制的过程中针对出现的各种悄况作出一定的反映，将系统的状态调整到所需要的控制状态上，这种能够自适应的控制系统一般在控制的过程中需要对控制的输入、输出、控制系统结构等参数进行跟踪分析，通过输出对控制系统的进行内部调整，釆用一定的校正环节使得系统的控制环节发生变化以适应系统内部或外部参数造成的影响。这种能够自适应改变控制结构参数使得系统能够优化的方法H前可以分为两种类型，即：模型参考自适应控制和自校正控制。其中模型参考自适应控制有内环与外环组成，内环主要为控制器与受控对象组合而成，内环结构为可调系统；外环主要有参考模型与自适应机构组成。这种组成结构相当于在正常的控制系统外增加了一个校正控制器的环节，使得在控制的过程中也