基于脉振高频信号注入法的高频信号注入无传感器控制
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基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机开环矢量控制
，
的 线， 受
设，台风
应急响应后， 对风
线装置 性 Q 线路
进行 ， 线 或 ，加强 工
性 行，强化 工
重要设 装
的
。
(6)对单挂点的悬垂线夹、避雷线线夹进行单改双施工， 对防震锤缠绕绞丝，避位移造磨，对500 kV同 路
重要交叉跨越线路的地线接地方式进行排，优化接地方式。
4结语 行不是日复一日的重复，而是 复一 的总结凝练。1
详细介绍 高 真对其进行研，并给出仿真结果Q
原理的
1脉振高频电压信号注入法
如果只考虑电压和电流的高频分量，以及电机电气频率
与注入的高
比足够小，高频电
又远小PWM载波 ，永磁同步电机就可以看作是一个简
单的阻感负载， 方可表示如下：
o ]"血$"
(1)
[0 %討比討
式中,"血$和"贰分别为转子定向的同 转坐标系的/轴和
针对风偏不足的问题，应对台风影响区域的线路进行风偏校
核，校核不满足要求的线路进行整改，加装固定式跳线绝缘子
或重锤式跳线绝缘子。如对转角 跳线 进行 复核，如与设
30。的
角
较，则进行调整，
提高跳线串对 身的风偏 ，避 线路 受强台风时跳
闸
Q
(5) 提高线路运行
。
的
，
线 路，提高
，补全无图纸 ，
风 线装置
都与估计转子位置的误差△仇有关，并且当估计的转子位置接
近于真实的转子位置时,$ "轴上的高频电流分量几乎为零，因
此可以考虑把$ "轴上的高频电流分量进行相应处理以得到转 子位置估计器的输入信号。再实施一定的调节策略，就可得到 转子位置和转速。
基于高频信号注入的无传感器新型DTC系统
基于高频信号注入的无传感器新型DTC系统
徐艳平;钟彦儒
【期刊名称】《西安理工大学学报》
【年(卷),期】2007(023)001
【摘要】针对传统的直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,在分析永磁同步电机定子磁链坐标系中电压和磁链方程的基础上,提出了一种新型的基于空间电压矢量调制的直接转矩控制方法,并采用注入高频信号的方法来估计电机的转速和位置.通过Matlab仿真软件建立了该控制方法的仿真模型.仿真结果表明,该控制方法能有效地减小电机的磁链和转矩脉动,高频信号注入法可以准确估计出电机的转速和位置,系统具有良好的动态和静态性能.
【总页数】5页(P47-51)
【作者】徐艳平;钟彦儒
【作者单位】西安理工大学,自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于方波高频信号注入的PMSM无传感器控制 [J], 马媛媛
2.基于高频信号注入的PMSM低速无传感器控制 [J], 李大伟;张学毅
3.基于STF的永磁同步电机无传感器SVM-DTC系统 [J], 张少华;郭磊
4.基于随机高频信号注入的PMSM无传感器控制 [J], 樊温新;杨建飞;邱鑫;窦一平;王志伟;王日茗;吕润
5.基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究 [J], 杨艳;李长云;徐曦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高频注入PMSM无位置传感器位置观测器设计
高频注入PMSM无位置传感器位置观测器设计林环城;王志新【摘要】The design and control of position observer of pulsating high-frequency signal injection PMSM sensorless need many filters to demodulate the current signal, but these filters' structure and algorithm are complex, bringing difficulties in parameter tuning. And the lag effect superposition of filters will increase the time constant of the system, resulting in dynamic performance decline of the system. By optimizing the design of position observer through reducing the number of filters and determining the appropriate type of filters, the parameter tuning of system was easy to implement. Based on a built-in permanent magnet synchronous motor sensorless vector control system, it is proved by experiment that the system using the optimized position observer has good dynamic performance and robustness in low speed, which verifies the effectiveness of the method.%脉振高频信号注入永磁同步电机无位置传感器位置观测器的设计及控制需要通过多个滤波器对电流信号进行解调，这些滤波器结构及算法复杂，参数整定困难，且多个滤波器的滞后效应叠加，增大了系统的时间常数，造成系统动态性能下降。
基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制
基于高频注入法的内置式永磁同步电机无传感器控制
王清清;胡继胜
【期刊名称】《电工技术》
【年(卷),期】2022()17
【摘要】针对零低速下内置式永磁同步电机的无位置传感器控制方法存在精度低、稳定性差等问题,提出了一种滑膜控制下的基于脉振高频注入法的无位置传感器控
制方法。
基于电机的固有或人为的凸极效应,脉振高频注入法对电机的基波方程和
参数没有依赖性,可有效估算出包括零速在内的电机转子位置和速度,实现永磁同步电机的无速度传感器控制。
仿真结果表明,内置式永磁同步电机在滑模控制下能在
低转速突变、负载转矩扰动的情况下,快速、准确估算转速和转子位置,动态性能好,鲁棒性强。
【总页数】4页(P197-199)
【作者】王清清;胡继胜
【作者单位】大连交通大学机车车辆工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于高频注入法与滑模观测器的内嵌式永磁同步电机无传感器控制方案
2.基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制(上)
3.基于改进型滑模观测器与旋转高频电压注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制
(下)4.基于脉振高频注入法的零低速永磁直线同步电机无位置传感器控制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
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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
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)【关键词】永磁同步电机;无位置传感器;高频电压注入【作者】陈长凯;曾祥君【作者单位】长沙理工大学，湖南长沙410004;长沙理工大学，湖南长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机矢量控制系统由于其结构简单、动态性能好、控制精度高等优点，已逐渐成为驱动控制领域的主流［1］，然而由于速度传感器的存在，增加了安装和维护的难度，且其易受温度、湿度等条件的影响，使得交流永磁同步电机系统稳定性降低，因此对无速度传感器矢量控制的研究具有重要的现实意义。
基于高频注入的船用无感永磁推进电机振动控制
基于高频注入的船用无感永磁推进电机振动控制宋义超【期刊名称】《《船电技术》》【年(卷),期】2019(039)012【总页数】5页(P1-5)【关键词】永磁同步电机; 高频注入; 振动控制; 凹口滤波器【作者】宋义超【作者单位】海装武汉局武汉 430064【正文语种】中文【中图分类】TM351随着钕铁硼稀土永磁体综合性能的提升和电机控制技术的发展，永磁同步电机以其功率密度大、调速范围宽、维护方便等优点在船用电力推进领域的应用日益广泛。
为实现对电机转速和扭矩的精准控制，通常需要在电机旋转部件上安装霍尔等机械式位置传感器获得电机转子位置和速度信息，这些机械式位置传感器一般需要额外供电。
在海洋高湿度、高腐蚀和高盐雾的自然条件下，采用这些机械部件增加了施工的复杂性和难度，并且降低了系统可靠性；因此，适用于船用推进永磁同步电机的无机械式位置传感器控制技术得到日益广泛的关注[1-3]。
船用推进永磁同步电机静止或低速工况运行时，无法从电机反电动势、磁链等状态量中提取出位置信息。
此时，利用电机交直轴电感凸极效应的高频注入算法成为低速位置辨识的理想选择。
文献[4]给出了永磁同步电机高频数学模型，通过分析电机交直轴电感与高频脉振信号之间的关系，利用带通滤波器提取出了交轴电流中的高频成分，得到了位置辨识偏差信息，进而通过“bang-bang”积分控制器得到转子位置信息。
文献[5]分析了高频脉振电压与电机输出转矩之间的关系，通过采用PI控制器，削弱了位置辨识中的纹波分量，进而降低了输出转矩的特征分量。
文献[6]对比了不同高频电压注入方式和电机转子结构对位置辨识结果的影响，分析发现，相比无位置传感器控制技术，转子永磁体几何结构对位置辨识的影响更大。
文献[7]建立了一种新型永磁同步电机高频交直轴模型，该模型考虑了凸极效应对电感和电阻的影响，可以得到电机位置辨识算法的理想结果。
文献[8-9]采用高频方波电压作为注入信号，相比正弦电压信号，提高了位置辨识的动态特性，缺点是PWM载波频率需要设置为高频注入信号频率的整数倍。
脉振高频信号注入永磁同步电机控制算法研究
2. Hangzhou Innovative Drive Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310008，China）
Abstract：By adopting the high frequency pulse injection method, a research has been conducted on the sensorless control of permanent magnet synchronous motors. The method of quadratic harmonics is used to identify the rotor polarity in order to improve the convergence of the algorithm. Based on Matlab/Simulink, a simulation test has been carried out of the high frequency injection method of PMSM, double loop speed and current closed loop control. The results show that the rotor position of PMSM with small saliency ratio is difficult to demodulate, with a great jitter in the torque. Therefore, when the pulse frequency injection method is used, the PMSM with higher saliency ratio will be able to achieve a better control result.
Abstract：By adopting the high frequency pulse injection method, a research has been conducted on the sensorless control of permanent magnet synchronous motors. The method of quadratic harmonics is used to identify the rotor polarity in order to improve the convergence of the algorithm. Based on Matlab/Simulink, a simulation test has been carried out of the high frequency injection method of PMSM, double loop speed and current closed loop control. The results show that the rotor position of PMSM with small saliency ratio is difficult to demodulate, with a great jitter in the torque. Therefore, when the pulse frequency injection method is used, the PMSM with higher saliency ratio will be able to achieve a better control result.
基于高频方波电压注入法的无传感器IPMSM研究
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＩＰＭＳＭ ）；ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｉｇｈ－￣ｅｑｕｅｎｅｙ ｓｑｕａｒｅ— ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｊｅｅｆ ｉｏｎ；ｎｏ ｆ ｉｌｔｅｒ
０ 引 言
由于 内置 式 永 磁 同步 电机 （以下 简 称 ＩＰＭＳＭ） 具有高功率密度 、高转矩密度 、高效率和快速响应性 等突 出优 点 ，近年来 已越来越 广泛应用 于传统 的电机 驱 动应用领 域和 高性 能 的伺服 驱 动领 域 。ＩＰＭＳＭ 本 质上属于 同步电机 ，同步 电机采用 的磁场 定 向控 制需 要转子位置 信息 ，所 以 ＩＰＭＳＭ 也不例 外 ，而转子 位置 一 般都是通 过传 统 的机械 传感 器 （光 电编码 器 、磁 编 码 器 、旋转变压 器等机械 传感器 ）测得 的 ，但机 械传感 器存 在价格 昂贵 、安装 困难 以及应用 场合 有 限等 明显 缺点 ，一定程度 上 限制 了 ＩＰＭＳＭ 的应用发展 。
要有旋 转 高频 电压 注 入 法 和 脉振 高 频 电压 注 入 法 ，
这 ２种 方 法可 以划 为 传 统 的 高频 信 号 注入效 应估 测 转 子 位置 信 息 ，只
是 注入 的形 式不 同 。上述 ２种 高频信 号注入 法在 信
号 处理 时都 引入 了滤 波器 ，而滤 波器 的加入 势必 会
Ｓｑｕａｒｅ—－Ｗ ａｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ
ＺＨＡＯ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ，ＣＵＩ Ｗｅｉ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＩＰＭＳＭ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａ ｎｅｗ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ｈｉｇｈ－ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ ｓｑｕａｒｅ—ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄｅｒ ｉｖａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｗｉｔｈ—
０ 引 言
由于 内置 式 永 磁 同步 电机 （以下 简 称 ＩＰＭＳＭ） 具有高功率密度 、高转矩密度 、高效率和快速响应性 等突 出优 点 ，近年来 已越来越 广泛应用 于传统 的电机 驱 动应用领 域和 高性 能 的伺服 驱 动领 域 。ＩＰＭＳＭ 本 质上属于 同步电机 ，同步 电机采用 的磁场 定 向控 制需 要转子位置 信息 ，所 以 ＩＰＭＳＭ 也不例 外 ，而转子 位置 一 般都是通 过传 统 的机械 传感 器 （光 电编码 器 、磁 编 码 器 、旋转变压 器等机械 传感器 ）测得 的 ，但机 械传感 器存 在价格 昂贵 、安装 困难 以及应用 场合 有 限等 明显 缺点 ，一定程度 上 限制 了 ＩＰＭＳＭ 的应用发展 。
要有旋 转 高频 电压 注 入 法 和 脉振 高 频 电压 注 入 法 ，
这 ２种 方 法可 以划 为 传 统 的 高频 信 号 注入效 应估 测 转 子 位置 信 息 ，只
是 注入 的形 式不 同 。上述 ２种 高频信 号注入 法在 信
号 处理 时都 引入 了滤 波器 ，而滤 波器 的加入 势必 会
Ｓｑｕａｒｅ—－Ｗ ａｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ
ＺＨＡＯ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ，ＣＵＩ Ｗｅｉ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＩＰＭＳＭ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａ ｎｅｗ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ｈｉｇｈ－ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ ｓｑｕａｒｅ—ｗａｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄｅｒ ｉｖａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｗｉｔｈ—
永磁电机无位置传感控制技术综述
永磁电机无位置传感控制技术综述摘要：随着电力电子技术、微处理器技术以及控制理论的发展，永磁电机在许多领域得到了广泛应用。
传统的永磁电机位置传感器在复杂环境、恶劣工况下容易失效，且增加了系统的复杂性，因此无位置传感控制技术成为了一个重要的研究课题。
本文简述了常见的无位置传感控制技术的基本原理和特点，包括开环控制的V/F和I/F控制；磁链法、反电势计算法和观测器法等基于基波模型的方法；载波激励法和高频信号注入法等基于凸极效应的方法。
关键词：无位置传感；基波模型；高频信号注入1 引言永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度、高扭矩惯性比以及优良的动态性能等优点，在电动汽车、工业自动化设备、家用电器、可再生能源系统、领域得到了广泛的应用。
转子位置和速度信息在永磁同步电机的控制中起着关键作用，无位置传感控制技术成本低、可靠性高、抗环境干扰能力强，在近年来受到了广泛的关注和研究。
2永磁电机的无位置传感技术概述永磁电机的无位置传感技术根据控制策略分为两大类，一类速度开环控制，不需要精确的转子位置信息，控制器简单但带载能力、效率以及动态特性难以做到最优。
另一类基于矢量控制或直接转矩控制的高性能控制器，通过电机电压、电流等易获取信号估计电机转子位置和转速。
估计转子位置的方法根据其基本原理可分为基于基波模型和基于凸极效应两种。
基于基波模型的方法主要有磁链法、反电动势法、观测器法，基于凸极效应的方法主要有载波激励法和高频注入法。
其中反电势法在中高速应用广泛，高频注入法则在低速下有较好性能。
3 速度开环控制的无位置传感控制常见速度开环的无位置传感控制包括V/F控制和I/F控制。
这两种方式不需要精确的转子角位置，建立假定的转子坐标系x-y，可用开环转速计算的电角度生成调制电压或进行电流控制。
V/F控制结合电机的磁链系数设定电压和频率的比例系数即压频比，给定旋转电压的幅值随着转速的上升而提高，V/F控制方式时，压频比设置不当易过流[1]。
一种优化高频注入法PMSM无位置传感器控制
一种优化高频注入法PMSM无位置传感器控制
祝龙记;朱青;邵华
【期刊名称】《华北科技学院学报》
【年(卷),期】2024(21)1
【摘要】传统高频信号注入法采用带通滤波器分离信号,龙伯格观测器利用所得信号计算出转子位置,考虑到带通滤波器设计复杂且使高频信号幅值产生衰减,同时龙伯格观测器需要电机转矩反馈、转动惯量等多种机械参数,这些因素干扰电机控制系统的动态性能等。
采用基于低通滤波器的信号分离方法可在不损失高频信号得到含转子位置信号;利用电机的转速、转子位置角以及其角加速度之间关系构建扩张状态观测器,可以避免测量负载转矩和对不确定扰动的估计。
仿真及实验结果表明,该优化策略能够使电机在低速控制时稳定运行,且具有更好的低速动态性能。
【总页数】8页(P47-54)
【作者】祝龙记;朱青;邵华
【作者单位】安徽理工大学电气与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于高频方波电压注入法的 SM-PMSM 无位置传感器控制方法
2.基于非注入法PMSM无位置传感器控制策略研究
3.基于非注入法PMSM低速域无位置传感器
控制4.探究在高中数学教学中培养学生知识运用能力的策略5.优化脉振高频信号注入的PMSM无位置传感器控制方法
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ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ２００９ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．１ 电气传动 ２００９年 第３９卷 第１期 基于脉振高频信号注入法的 ＰＭＳＭ无传感器控制
徐艳平，王海垠，钟彦儒 （西安理工大学电气工程系，陕西西安７１００４８）
摘要：针对机械位置传感器给永磁同步电动机（ＰＭＳＭ）调速系统带来成本高，可靠性低、不易维护等问 题，采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行。该方法给电机 定子绕组注入脉振高频电压信号，利用电机的凸极性，通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出 转子位置信号，实现控制系统的无传感器运行。实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步 电机无传感器矢量控制的可行性和有效性。 关键词：永磁同步电动机；脉振高频电压信号；凸极性；无传感器 中图分类号：ＴＭ３５１ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ＰＭＳＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ＸＵ Ｙａｎ—ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈａｌ—ｙｉｎ。ＺＨ０ＮＧ Ｙａｎ—ｒｕ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００４８，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ｂｒｉｎｇ ｌｏｔｓ ｏｆ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｃＯＳｔＳ，ｌｅｓｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｎｏｔ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｓ（ＰＭＳＭ）．Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ＰＭＳＭ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｗｈｅｎ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌｓ ｏｆ ＰＭＳＭ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｗｉｔｈ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｌｉｅｎｃｙ ｏｆ ＰＭＳＭ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）；ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａｌ；ｓａｌｉ— ｅｎｅｙ；ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ
Ｉ 引言 近年来，永磁同步电机（ＰＭＳＭ）因具有结构 紧凑，效率高以及稳定性高等优点，已经逐步取代 了工业领域中的直流电机。然而，永磁同步电机 需要精确的转子位置信号来实现磁场定向，传统 做法都是在电机转轴上安装位置传感器来实时获 取转子位置。这些传感器安装不仅增加了系统的 成本、维护性差，而且降低了系统的可靠性Ｌ１］。在 这样的背景之下，如何实现永磁同步电机的无机 械传感器控制成为研究的一个热点。 传统的永磁同步电机无传感器控制可以分为 ３类：一类是基于反电动势估算方法［２。］，这类方 法在中速或高速段都表现出了较好的效果，但是 不适合于低速运行；另一类是基于状态观测器和 扩展卡尔曼滤波的估算方法［４ ］，这类方法算法 复杂，计算量大，而且易受电机参数变化影响；最 后一类是高频信号注入法Ｌ６卅］，利用电机的凸极 性对高频电流波形的影响来获取转子位置信号， 该方法不依赖任何电机参数，能够实现转子位置 的估算和低速段运行，具有精度高，实现简单等 特点。 本文在建立高频激励下的ＰＭＳＭ数学模型 的基础上，详细叙述了利用脉振高频信号注入法 估计转速及转子位置的原理和在永磁同步电机矢 量控制下实现脉振高频信号注入法的控制策略， 实验结果证明了这种方法可以准确估算出转子位 置，从而实现永磁同步电机的无传感器运行。
作者简介：徐艳平（１９７７一），女，博士研究生，讲师，Ｅｍａｉｌ：ｐｒｃ＿ｘｙｐ＠１２６．ｃｏｍ １１ 电气传动２００９年 第３９卷 第１期 徐艳平，等：基于脉振高频信号注入法的ＰＭＳＭ无传感器控制 ２脉振高频信号注入法无传感器控 制系统的实现 要利用脉振高频信号注入法实现永磁同步电 机的无传感器运行，就必须首先建立起高频激励 下的ＰＭＳＭ数学模型。 ２．１高频激励下的ＰＭＳＭ数学模型 为了准确估计出电机转子位置，首先建立估 计转子速ｄ 一ｑ 坐标系与实际转子速ｄ—ｑ 坐标 系，如图１所示。 图１估计转子速系与买际转子速系的关系 Ｆｉｇ．１ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｒｏｔｏｒ ａｘｉｓ ａｎｄ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ａｘｉｓ 图１中，ａ— 为静止坐标系， 为估计的转子 位置，ｏｒ为实际的转子位置。估计转子速系ｄ 一ｑ 与实际转子速系ｄ 一ｑ 之间的夹角△ 就是转子 位置估计误差角： Ａ０，一０ 一０＇ｒ （１） 如果只考虑电压和电流的高频分量，并且电 机转速与所注入的高频信号频率相比足够小的 话，那么永磁同步电动机就可以看作是一个简单 的Ｒ—Ｌ负载，电压方程可以表示为 ［ ］一［ ］［ ］ （２） 式中： 。 ， 。ｎ分别为实际转子速系的ｄ 轴和ｑ 轴高频电压分量；ｉ５ ，ｉ：。 分别为ｄ 轴和ｑ 轴高 频电流分量； ｎ，ｚ 分别为ｄ 轴和ｑｒ轴的高频 阻抗。 由式（１）和式（２）可以得到估计转子速系下的电流 响应为 ｓｈ一 ［ｚａ —Ｚｄｉｆ ｃ。ｓ（２ｉ０ｒ）］ ｓ 一 ［ｚ础ｓｉｎ（２Ａ０ ）］Ｖ ） （３） ｛［ ｖｓ＋ｚｄｉｆＣＯＳ（２ＡＯｒ）Ｗ；２ 一 ＶＺｄｉ“ｓｉｎ（２Ａ０ｒ）Ｉｖ２ｈ） （４） 式中：Ｚａ 为平均阻抗，Ｚａ 一（Ｚａｈ＋ ）／ｚ；ＺｄＩｆｆ为 半差阻抗，ＺｄｉＨ一（Ｚ５ 一 ｈ）／２； ， 分别为估 计转子速系中ｄ 轴和ｑｒ，轴高频电压分量 ￣ｒｒ。 ，ｚ－ ｒ＇ １ ２ 分别为ｄ 轴和ｑ 轴高频电流分量。 由式（３）和式（４）可以看出，如果仅在估计旋 转坐标系中ｄ 轴上注入高频信号，即 一０，当 转子位置估计误差角ＡＯｒ为零时，ｑ 轴上的高频 电流 就为零，从而没有转矩脉动，所以在ｄ 轴 上注入高频信号效果会好些。 由于只在估计转子速系ｄＬｇ 的ｄ 轴上注 入高频电压信号，所以该高频电压信号在静止坐 标系下就是一个脉振的高频电压信号。 ２．２高频信号注入法的控制原理 根据上面的分析，只在估计转子速系ｄ 轴上 注入的高频电压信号为 ｆｇｈ— ｉ ｊ ＣＯＳ（∞ｈ纠 １ 。ｈ—ｏ 式中： 为注入高频信号的角频率；Ｖｉ 为高频信 号的幅值。 将式（５）代入式（４）可得到此时的ｑ 轴高频电流 响应为
ｚ￣ ｒｒ ｝ｌ＝
Ｖｉ．ｉｃｏｓ（ＣＯｈｔ）［－
Ｓ。（２Ａ０Ｚｄｉｔｆｓｉｎ ）］（６） ｚｑｓｈ一 Ｊ
般情况下，高频电阻远小于高频感抗，可以忽略 不计， 轴高频电流响应可以改写为
Ｌ洲ｓｉｎ（ ）（７）Ｌ ＇‘，：＝——— —————————一 ● Ｊ…ｒ １ｎ ｌ ｈ ｒ， ｌ，， 叫｝Ｌｄｈ。ｈ ～“ ”… 、～
式中：Ｌ ｈ，Ｌ。 分别为ｄ 轴和ｑ 轴的高频电感； Ｌ ｄｉｆｆ一（Ｌｄｈ—Ｌ。ｈ）／ｚ。 由式（７）可以看出，高频电流 不仅与△ 有关，而且与ｓｉｎ（ｃｏｈｔ）也有关。因此必须经过一定 的信号处理过程滤除高频成分，而保留包含转子位 置估计误差角的低频成分。将 与ｓｉｎ（ ）相 乘，经过低通滤波器ＬＰＦ滤出高频成分后，可以 得到转子位置估计器的输入信号ｉ 为 Ｉ‘Ａ０＝ＬＰＦ［Ｆｑ２ｈｓｉｎ（ｃｏｈ￡）］
Ｆ｛ ［ ＋ ｃｏｓ（２ ）
＝ ｓｉｎ（２Ａ０ｒ） （８） ＬＯ）ｈＬｄｈＬｑｈ
在式（８）中，若转子位置估计误差够小，则ｓｉｎ（２ＡＯＤ￣
２ＡＯ 。如果调节ｉ 使之为零，则转子估计误差也 为零，即转子位置的估计值收敛到转子位置的真 实值。 采用脉振高频电压信号注入法估计转子位置 的原理图如图２所示，将ｑ 轴上的电流分量响应 经过带通滤波器ＢＰＦ滤波得到高频电流分量 将此高频电流分量与高频正弦信号ｓｉｎ（ ￡） 徐艳平，等：基于脉振高频信号注入法的ＰＭＳＭ无传感器控制 电气传动２００９年第３９卷第１期 相乘，再经过低通滤波器ＬＰＦ后即可得到转子位 置估计器的输入信号 醇。转子位置估计器是由 个ＰＩ调节器和一个积分器组成的。从ＰＩ调节 器输出的估计转速ｃｃ， 经过积分器就得到估计的 转子位置 。
图２脉振高频信号注入法原理图 Ｆｉｇ．２ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
２．３脉振高频信号注入法的ＰＭＳＭ矢量控制 基于脉振高频电压信号注入法的无传感器 ＰＭＳＭ矢量控制系统框图如图３所示。
图３基于脉振高频信号注入法的无传 感器ＰＭＳＭ矢量控制系统框图 Ｆｉｇ．３ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＰＭＳＭ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
３ 实验研究 为了验证采用脉振高频电压信号注入法估计 永磁同步电机转子位置的可行性与有效性，针对 台表面式ＰＭＳＭ进行了实验研究。电机参数 为：极对数４，额定电压２００ Ｖ，额定功率１．５ ｋｗ， 转子惯量０．００１ ２３ ｋｇ·ｍ ，额定转矩７．１５ Ｎ·ｍ， 额定频率１３３ Ｈｚ，额定电流９．４Ａ，额定转速２０００ ｒ／ｒａｉｎ。 实验系统采用数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ 来实现脉振高频电压信号注入法的ＰＭＳＭ无传 感器的运行。为了评价转子位置和转速的跟踪效 果，一个２ ５００线的光电码盘安装于电机后端。 控制系统采样频率与逆变器的开关频率均为６ ｋＨｚ。ＰＷＭ的发生采用ＳＶＰＷＭ（空间电压矢量
ＰＷＭ）调制。系统采用电流标幺运算，基值为额 定相电流峰值的两倍（２６．５８ Ａ）。注入信号的频 率为７５０ Ｈｚ，幅值为基值的１ ，当电机以不同转 速运行时，注入的幅值略有不同。低速运行时，注 入的高频幅值要略有增大，范围是４ ～６ 。所 得到的实验结果如图４～图７所示。 图４为电机空载稳定运行于２６５ ｒ／ｍｉｎ的实 验波形。图４ａ为码盘测量的转速和电机相电流； 图４ｂ为码盘测速和估计转速；图４ｃ为码盘测量 的转子位置和估计转子位置。从图４中可以看 出，采用脉振高频电压信号注入法可以较好地估 算出转子位置和转速，电机能够平稳的运行。