永磁同步电机无速度传感器控制系统关键技术研究

微持电棚　２０１０年第８期　驱动笋　

………一．＿Ｔ＿…一…………………………………………－－＿…………………………………一一一芒　ｒ／／　

新型永磁同步电动机无传感器智能控制系统　

王江涛　，刘海琴　，王剑　

（１．南京化工职业技术学院，江苏南京２１００４８；２．河海大学，江苏南京２１００９８）　

摘要：在永磁同步电动机无传感器控制基本原理分析的基础上，提出了一种新型无传感器智能控制器。其　

中的扩展卡尔曼滤波（ＥＫＦ）使用了模糊控制，而速度控制上采用了神经网络技术。神经网络速度控制不依赖于系　

统精确数学模型，具有动态响应快和较稳态精度高的特点。同时结合模糊控制的ＥＫＦ算法可以在线调整协方差　

矩阵，快速收敛。在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，建立了永磁同步电动机仿真模型，并对其进行了研究，仿真结果证明　

了所提出的无传感器智能控制器的可行性和有效性。　

关键词：无传感器控制；扩展卡尔曼滤波；模糊控制；神经网络控制；永磁同步电动机　

中图分类号：ＴＭ３４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—７０１８（２０１０）０８—００５１—０５　

Ｎｏｖｅｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ　Ｄｒｉｖｅｓ　

ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎｇ—ｔａｏ　．ＬＩＵ　Ｈａｉ—ｑｉｎＬ．ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ　

（１．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｇｊｉｎｇ　２１００４８，Ｃｈｉｎａ，２．Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｓｉｎｇ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｋａｌｍａｎ　ｆｉｌｔｅｒ（ＥＫＦ）ｉｎ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｄｒｉｖｅｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｎｅｔ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗａｓ　

电梯用永磁同步电机无速度传感器矢量控制研究　于志强　李志雄　１武汉市特种设备监督检验所武汉４３００６３　２武汉理工大学能源与动力工程学院武汉４３００６３　摘要：研究了一种基于模糊观测器的ＰＭＳＭ无速度传感器矢量控制系统，阐述了其控制原理，介绍了模　型观测器设计。数字仿真试验验证了其控制系统性能良好，在０～４　０００　ｒ／ｍｉｎ转速范围内能够得到较高的转子位　置和速度估算精度。　关键词：电梯；永磁同步电机；无速度传感器；模糊控制；观测器　中图分类号：ＴＭ３０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—０７８５（２０１２）０２—００２７—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ＰＭＳＭ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｚｚｙ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ，ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｖｅｒｉｆｉｅｓ　ｔｈａｔ　ｉｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ｐｅｒ－　ｆｏｒｍａｎｃｅ．ａｎｄ　Ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　ｈｉｇｈ　ｒｏｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　０～４０ｏｏ　ｒ／ｍｉｎ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｆｔ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ；ｆｕｚｚｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｂｓｅｒｖｅｒ　０引言　１　ＰＭＳＭ数学模型　。。永磁同步电动机作为电梯曳引电机具有效率　高、机械噪声小、转矩脉动低、动态响应快、质　量轻、体积小等优点，因此得到广泛应用…。但　是，多数电梯控制系统采用机械式传感器测量转　子的速度和位置，这不仅加大了系统控制的复杂　度，增加了成本，而且传感器的安装精度以及检　测精度都会影响系统性能　－４１。因此，将无速度传　感器控制引入到电梯控制系统中，对优化其结构，　简化控制电路，降低制造成本等十分有利。　目前，提出了多种无速度传感器ＰＭＳＭ矢量　控制方法，包括：模型参考自适应、自适应观测　器＿３　Ｊ、高频信号注入法和智能控制等　Ｉ４　Ｊ。其中，　模糊控制作为一种成熟的智能控制技术已经投入　了实际应用，并对存在不确定、非线性的控制对　象表现出优异的控制性能　］。因此，利用模糊理　论来估算ＰＭＳＭ转子位置会得到良好的逼近效果。　所以，本文研究了一种基于模糊观测器的无齿轮　电梯用ＰＭＳＭ无速度传感器控制系统。该控制系　统采用ｉ　＝０的ＳＶＰＷＭ控制策略，利用模糊观测　器估算ＰＭＳＭ的速度、位置信号，以实现无速度　传感器控制。数字测试结果表明，该控制系统具　有良好的稳态和动态控制性能，转子位置、转速　辨识准确。　表面式永磁同步电机在旋转（ｄ～ｑ）坐标系　下的定子电流数学模型为＿２］　ｆ　＝Ｒｉｑ＋ｐｑ，　＋∞ｒ　（１）　【ｕｄ＝Ｒｉｄ＋　ｄ一０９，　磁链方程为　ｆ（２）　【　ｄ＝Ｌｉｄ＋　ｆ　电机转矩为　Ｔｏ＝３ｐ　ｆｉ　／２　（３）　电机运动方程为　．　∞　＝ｐ　［　—Ｂｗ　／ｐ　一ＴＬ］　（４）　式中：ｉｄ、ｉ。为定子电流ｄ、ｇ轴分量，　ｄ、Ⅱ　为定子电压ｄ、ｑ轴分量，Ｒ、　为定子绕组电阻和　电感，　为转子永磁体磁通，　为转子角速度，－，　为转子转动惯量，　．为负载力矩，　为摩擦粘性　系数，Ｐ　为电机极对数，Ｐ为微分算子。　将式（１）转换到静止（Ｏｔ一』Ｂ）坐标系中可得　』　＝　ｎ＋Ｐ￡　一∞ｒ　ｆ　ｉｎ　ｒ　（５）　【　Ｂ＝Ｒｉｐ＋ｐＬｉＢ＋∞　ｆｃｏｓＯ　式中：ｉ　和ｉ。为定子电流Ｏ／、卢轴分量，　和　。为定子电压Ｏｔ、卢轴分量，０　为转子位置，　ｆｓｉｎＯ　项和∞　ｆｃｏｓＯ　项为电机反电动势ｏ／、卢轴　国家自然科学基金资助项目（５１１７５２９７），高等学校学科创新引智计划（ＩＩＩ计划）项目（Ｂ０８０３１）　《起重运输机械》　２０１２（２）　一

第２７卷第９期　２００６年９月　Ｖｏ１．２７　ＮＯ．９　Ｓｅｐ．２００６　

无速度传感器永磁同步电动机反馈线性控制研究　

刘栋良　赵光宙　

（浙江大学电气工程学院杭州　３１００２７）　（浙江卧龙控股集团　上虞３１２３００）　

摘要本文利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ观测器来获得电动机的转速，观测器简单　易行，通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度。本文采用直接反馈线性控制策略来设计系统控制器，使系统具有良好的速　

度跟踪和转矩响应。通过Ｍａｔｌａｂ的仿真，验证了系统设计的有效性和可行性。　关键词　永磁同步电动机　无速度传感器　直接反馈线性控制　观测器　中图分类号ＴＰ３４１　文献标识码　Ａ　国家标准学科分类代码　５１０．８Ｏ　

Ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｓｐｅｅｄ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　

ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　

．Ｌｉｕ　Ｄｏｎｇｌｉａｎｇ　’　Ｚｈａｏ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００２７・Ｃｈｉｎａ）　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　ｗｏｌｏｎｇ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｇｒｏｕｐ，Ｓｈａｎｇｙｕ　３１２３００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｗａｓ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅｄｕｃｅｄ—ｏｒｄｅｒ　Ｉ　ｕｅｎｂｅｒｇｅｒ　

ｏｂｓｅｒｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｔａｔｏｒ　ｑ－ａｘｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｆａｓｔ　

ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｓ　ｓｅｔｔｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｉｎｅａｒ—　

永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究

永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究

摘要：

永磁同步电机在工业应用中具有广泛的应用前景。然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来测量电机的电流，增加了系统的复杂性和成本。因此，研究无电流传感器技术对永磁同步电机控制系统的发展至关重要。本文通过分析智能控制算法、状态观测器以及PWM技术在永磁同步电机无电流传感器技术中的应用，总结了目前的研究进展，并对未来的研究方向进行展望。

1. 引言：

随着工业自动化的快速发展，永磁同步电机作为一种高效、高功率因数、高扭矩密度的电机，被广泛应用在机床、电动汽车等领域。然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来获得电机的电流信息，电流传感器不仅增加了系统的复杂性和成本，还限制了电机系统的可靠性和精度。因此，研究无电流传感器技术对于提高永磁同步电机控制系统的性能具有重要意义。

2. 永磁同步电机控制系统概述：

永磁同步电机是一种具有良好动态特性和高效率的电机，广泛应用于各种工业领域。在传统的永磁同步电机控制系统中，电流传感器被用于测量相电流，以实现电机的控制和保护。然而，电流传感器不仅增加了系统的成本和复杂性，而且存在传感器故障或失效的风险，降低了整个系统的可靠性。

3. 无电流传感器技术的研究方法：

目前，有许多无电流传感器技术被提出和研究，以解决永磁同步电机控制系统中的电流传感器问题。其中，智能控制算法、状态观测器和PWM技术被广泛应用于无电流传感器技术的研究和实践中。

3.1 智能控制算法：

智能控制算法基于电机的数学模型和输出信息，通过推广输出模型和状态观测器的方法，实现电流信息的实时估计与测量。例如，模型参考自适应控制算法、滑模观测器的方法，可以用来估计永磁同步电机的电流信息。这些算法通过计算输出误差，并利用控制器对输出进行反馈调整，实现电流的准确测量和控制。