基于脉振高频信号注入法的高频信号注入无传感器控制

，
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
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
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。

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.

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—

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
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 2017 Vol.47 No.2
电气传动 2017 年 第 47 卷 第 2 期
高频方波注入的永磁电机无传感器控制 改进算法
薛映霞，陈庆，何凤有 （中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008）
摘要：为提高高频信号注入的内置式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁同步电机无传感器控制系统的带宽，提出了一种方波信号注入 的无传感器控制改进算法。利用方波信号代替传统的正弦波信号，将注入电压频率提高至逆变器的开关频 率，通过简单的算术运算求取高频载波电流和基频电流，避免了带通滤波器和低通滤波器的使用，简化了信号 处理过程，提高了系统的动态响应速度。仿真和实验结果验证了改进算法的可行性和有效性。
关键词：永磁电机；高频方波注入；无传感器控制；带宽；算术运算 中图分类号：TM341 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.20170203
Improved Algorithm of Sensorless Control of PMSM Based on High Frequency Square
Wave Signal Injection XUE Yingxia，CHEN Qing，HE Fengyou （School of Information and Electrical Engineering，China University of Mining & Technology，
Xuzhou 221008，Jiangsu，China）
基金项目：国家“十三五”重点研发计划“煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术”（2016YFC060096） 作者简介：薛映霞（1992-），女，硕士研究生，Email：853869152@

基于高频注入的PMSM无传感器控制的误差分析
李华阳;王涛;林环城;龚黎明;陈金涛;诸自强
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2013(041)011
【摘要】基于凸极效应,注入高频电压信号,从高频电流响应信号中解调出转子位置信息,实现电机的无位置传感器运行.基于旋转信号和脉振信号的两种高频注入法的原理介绍,综述了交叉饱和、AD采样量化误差、滤波器相位滞后、多重凸极等对控制系统精度的不良影响,从控制算法和电机本体设计丽个方面总结了减小误差的措施.结合其它控制方法展望了无位置传感器电机控制系统的发展方向.
【总页数】7页(P64-70)
【作者】李华阳;王涛;林环城;龚黎明;陈金涛;诸自强
【作者单位】浙江大学,浙江杭州310027;威灵电机(上海)研发中心,上海201203;浙江大学,浙江杭州310027;威灵电机(上海)研发中心,上海201203;浙江大学,浙江杭州310027;威灵电机(上海)研发中心,上海201203;威灵电机(上海)研发中心,上海201203;威灵电机(上海)研发中心,上海201203;威灵电机(上海)研发中心,上海201203
【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
4.基于q轴电流的高频三角波注入的PMSM无传感器控制 [J], 朱昱豪;于永进;李德兵
5.基于脉振高频注入的PMSM无传感器控制 [J], 曹以龙;郭茂;邵嗣杨;翟祥林
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simulation verifies that the method can improve the control performance of the system.
Key words: second-order generalized integrator（SOGI）；
interior permanent magnet synchronous motor（IPMSM）；
high-frequency pulsating voltage injection；
sensorless
内置式永磁同步电机（IPMSM）具有体积轻、
零速或低速运行时，电机绕组反电动势很小或为
效率高和输出转矩能力强等优点，在电动车驱
零，此控制方法就会失效或根本无法检测。低速
动、舰船推进、数控系统及家用电器等领域得到
second- order generalized integrators（SOGI）. A new position observer was made up of the SOGI，which made the
process of the system parameters setting easier. In the dynamic process，
synchronous motors（IPMSM），the filters influences the dynamic performance of the system in the process of
extracting rotor position information. A novel rotor position estimation scheme was proposed which based on the

基于高频电压信号注入凸极PMSM无传感器控制
董亚娟;景占荣;景志林;薛峰
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2006(040)005
【摘要】提出了一种基于高频电压信号注入法的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,简称PMSM)无位置传感器控制方法,该方法适用于凸极永磁同步电机低速和零速时的位置检测.详细介绍了高频电压信号注入法的转子位置自检测原理,并采用α-β-γ滤波方法得到转子位置和速度估计信息,建立了PMSM无传感器矢量控制系统的仿真模型,给出了实验结果.
【总页数】3页(P27-28,61)
【作者】董亚娟;景占荣;景志林;薛峰
【作者单位】西北工业大学,陕西,西安,710072;西北工业大学,陕西,西安,710072;西北工业大学,陕西,西安,710072;西北工业大学,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【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.基于高频电压信号注入凸极PMSM无传感器控制的仿真研究 [J], 葛永强;马赫
4.基于旋转高频电压注入的对转PMSM无传感器控制 [J], 徐海珠;谢顺依;王鼎;王松林
5.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
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陈长 凯 ，曾祥 君
（ 长 沙 理 工 大 学 电气 与 信 息 工 程 学 院 ，湖 南 长 沙 ４ １ ０ ０ ０ ４ ）
摘 要 ： 以面贴式永磁 同步 电机 为研究对象 ， 建立高频信号注入 时永磁 同步 电机 的响应模 型 ， 研 究基于 高频方波
电压 信 号 注 入 的无 位 置 传 感 器 控 制 方 法 ， 并针对旋转坐标 系和静止坐标 系分别设计相 应的转子位 置观测器 。这 ２
ｗａ ｓ ｂｕｉ ｌ ｔ ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｎ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ — ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｈ ｉ ｇｈ — ｆ ｒ ｅ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｑｕ ａ ｒ ｅ — ｗａ ｖ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔａ ｋ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ — ｍｏ ｕｎ ｔ ｅ ｄ ｐｅ ｒ ｍａ ｎｅ ｎｔ ｍａ ｇｎｅ ｔ ｓ ｙ ｎｃ ｈｒ ｏ ｎｏ ｕｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ（ ＳＭ — ＰＭ ＳＭ ） ａ ｓ ａ
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｓ Ｍ— ＰＭ Ｓ Ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ．ＭＡＴＬＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ

第28卷㊀第3期2024年3月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.3Mar.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀SOGI 级联SFNF 的高频注入无传感器电机控制方法李东昇,㊀袁杰,㊀王坤东(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240)摘㊀要:针对传统脉振高频电压注入法同时应用带通滤波器和低通滤波器导致相位偏移和位置估计误差大的问题,提出一种级联二阶广义积分器(SOGI )和单频陷波器(SFNF )的改进方法,实现位置误差信号的精确和实时提取㊂研究了脉振高频电压注入法位置观测闭环传递函数的幅频特性,利用SOGI 的选频特性提取高频交轴响应电流,并利用SFNF 的陷波特性滤除注入信号二次谐波,替代了传统误差信号提取环节中的带通滤波器和低通滤波器,参数整定简便,具备兼顾滤波精度和带宽的优势㊂搭建实验平台对传统误差信号提取策略和所提SOGI 级联SFNF 策略进行对比,实验结果表明,本文所提改进方法的响应速度和位置估计精度相比传统方法均有提高:在转速突变过程中转速估计误差降低5.9r /min ,转子位置误差降低0.11rad ;在突加负载时,转速估计误差降低3r /min ,转子位置误差降低0.08rad ,响应调节时间缩短42%,有效提高了位置观测精度和系统的动态响应性能㊂关键词:高频注入法;无刷直流电机;无传感器控制;矢量控制;二阶广义积分器;陷波器DOI :10.15938/j.emc.2024.03.003中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)03-0024-09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2023-10-08基金项目:国家重点研发计划(2021YFB3203104)作者简介:李东昇(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为永磁无刷电机控制技术;袁㊀杰(1991 ),男,博士研究生,研究方向为电感传感器建模分析与设计;王坤东(1978 ),男,博士,副教授,博士生导师,研究方向为机器人技术及应用㊂通信作者:王坤东High frequency injection sensor-less motor control method withcascade of SOGI and SFNFLI Dongsheng,㊀YUAN Jie,㊀WANG Kundong(School of Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)Abstract :In order to solve the problem of phase deviation and position estimation error caused by the simultaneous application of band-pass filter and low-pass filter in traditional high frequency pulsating volt-age injection,an improved strategy of cascaded second order generalized integrator (SOGI)and single frequency notch filter (SFNF)was proposed for accurate and real-time extraction of position error sig-nals.The amplitude-frequency characteristics of the position observation closed-loop transfer function were studied.The frequency selection characteristic of SOGI was used to extract the high-frequency cross-axis response current,and the second harmonic of the injected signal was filtered by the notch wave prop-erty of SFNF,which replaces the bandpass filter and low pass filter.It has the advantages of both filtering accuracy and bandwidth.An experimental platform was built to compare the traditional error signal ex-traction strategy with the proposed strategy.The experimental results show that the speed estimation error is reduced by 5.9r /min and the position error is reduced by 0.11rad under speed step condition.The speed estimation error is reduced by 3r /min and the position error is reduced by 0.08rad when load issuddenly applied,and the response time is shortened by 42%,which effectively improves the positionobservation accuracy and the dynamic response performance of the system.Keywords:high frequency injection;brushless DC motor;sensor-less control;vector control;second-or-der generalized integrator;notch filter0㊀引㊀言近年来,随着稀土永磁新材料的开发研究,以及电力电子和自动控制技术的发展,永磁无刷电机的性能不断提升㊂该类型电机一般采用电子换向方式,具有功率密度高和效率高等优点,已逐步推广到军事装备㊁航空航天㊁工业自动化等需要高性能控制的领域中[1-4]㊂目前,无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)多采用磁场定向控制方式(field-ori-ented control,FOC),FOC能准确控制磁场方向和大小,转矩和转速连续稳定可调[5],动态响应快㊂但坐标变换需要实时转子位置角度信息做反馈,需要安装霍尔传感器或光电式编码器等机械式位置传感器,这不仅增加了电机的制造费用和尺寸[6],而且降低了系统在高温㊁振动和电磁干扰等复杂工况下的稳定性[7]㊂因此,针对位置传感器的缺陷,电机无传感器转子位置辨识技术成为当前电机控制领域的重点研究方向之一㊂无位置传感器控制基于数学模型和电磁特性,研究间接检测转子位置的方法[8]㊂基于基波模型的方法通过反电动势或者与基波激励相关的磁通量测算出转子位置信息,包括龙伯格观测器法[9],滑模观测器法[10-11],模型参考自适应法[12]和扩展卡尔曼滤波法[13-14]等,这些方法在电机运行中高速时有较好表现,但低速时由于反电动势微弱,信号信噪比较低,位置估计误差显著增大,启动时通常依赖开环拖动[15]㊂为了将无传感器控制延伸到零低速区间,研究者提出了基于电机凸极性跟踪的高频注入法,主要分为旋转高频注入法[16-18]和脉振高频注入法[19-22]㊂前者一般用于凸极率较大的磁片内埋式电机的转子位置检测,后者将适用范围拓展至隐极性的磁片表贴式电机,且工程上易于实现,具有较高的应用价值㊂位置估计精度是电机无传感器控制性能的重要保障㊂脉振高频注入法从高频电流响应中提取出有用信号并解调得到位置误差信号,这一过程是影响位置辨识误差和动态性能的关键㊂传统的脉振高频电压注入法采用带通滤波器(band pass filter,BPF)提取交轴电流响应,并用低通滤波器(low pass fil-ter,LPF)解调出包含位置误差信号的分量,但这两个滤波器的引入不仅增加了转速电流双闭环环路以及位置辨识环路参数整定的难度,而且导致了相关信号的相位延迟,限制了位置观测环带宽,严重影响无感控制的动态性能和位置辨识准确度㊂为此,文献[23]基于双频陷波器改善了误差信号提取方法,提高了带宽和滤波能力,但由于直接调制交轴电流,仍需使用LPF去除逆变器开关频率次谐波,导致系统延时增大;文献[24]提出基于递推离散傅里叶变换解调电流,从而克服滤波器延时缺陷,但硬件计算负担增大;文献[25]采用方波注入,提取信号时无需低通滤波器,动态特性好,但随着注入频率升高,电感损耗和谐波有所增大㊂本文基于脉振高频电压注入法,结合FOC实现BLDCM低速域无位置传感器控制,分析传统误差信号提取策略的不足,提出一种级联二阶广义积分器(second-order generalized integrator,SOGI)和单频陷波器(single frequency notch filter,SFNF)的改进型误差信号提取策略,兼顾位置观测环的动态性能和估计精度,解决传统方法中误差信号提取环节滤波精度低和动态响应慢的问题,提高脉振高频电压注入法的性能,最终通过搭建实物平台,与传统高频注入法进行实验比对,证明本文提出的方法有效可行㊂1㊀无刷直流电机的脉振高频电压注入法㊀㊀基于脉振高频电压注入法的电机控制系统如图1所示㊂本文所研究的电机为磁片表贴式隐极三相无刷直流电机,在直轴方向注入一个高频正弦电压信号以激发电机的饱和凸极性效应,从交轴提取响应电流并经过信号调制解调实现转速和位置的估计,估计出的转子角度反馈于FOC的坐标变换中㊂永磁无刷电机在d-q同步旋转坐标系上的电压方程为:u d=R s i d+L dd i dd t-ωe L q i q;u q=R s i q+L qd i qd t+ωe L d i d+ωeψf㊂üþýïïïï(1)式中:u d㊁u q分别为d㊁q轴电压;i d㊁i q为d㊁q轴电52第3期李东昇等:SOGI级联SFNF的高频注入无传感器电机控制方法流;R s 为定子电阻;L d ㊁L q 分别为d㊁q 轴的电感;ωe 为转子的电角速度;ψf 为电机永磁体磁链㊂图1㊀基于脉振高频电压注入的BLDCM 无位置传感器控制系统Fig.1㊀Structure of BLDCM sensor-less control systemusing high frequency pulsating voltage injection在低速工况下,由于注入的正弦电压频率远高于ωe ,可以忽略式(1)中与电角速度相关的反电势项和交叉耦合项,高频条件下电阻对感抗也可不计㊂从而高频激励下的三相BLDCM 电压方程可化简为u dh ʈL d d i dh d t ;u qh ʈL q d i qh d t ㊂üþýïïïï(2)式中:u dh ㊁u qh 为d㊁q 轴电压的高频分量;i dh ㊁i qh 为d㊁q 轴电流的高频分量㊂构建估计的d ^-q ^同步旋转坐标系,与两相静止α-β坐标系间相差的角度θ为实际的转子电角度,相应的θ^为估计的电角度,Δθ=θ-θ^为角度估计误差㊂在估计的直轴方向注入高频电压信号U h cos(ωh t ),结合高频电压方程,根据坐标系间的映射关系可得高频电流响应:i ^dh i ^qh éëêêùûúú=U h (L -+ΔL cos2Δθ)ωh (L -2-ΔL 2)sin ωh t U hΔL sin2Δθωh (L -2-ΔL 2)sin ωh t éëêêêêêùûúúúúú㊂(3)式中:i ^dh ㊁i ^qh 为d ^-q ^坐标系的高频电流分量;U h 和ωh 为注入高频电压信号的幅值和频率;半差电感L -=L d +L q 2;互差电感ΔL =L q -L d 2㊂分析式(3)可知,q 轴高频电流的幅值与位置估计误差Δθ联系密切,通过BPF 将i q 中的基频分量与开关谐波分量滤除,单独提取出i ^qh ,乘以sin ωh t 进行调制,并用LPF 滤除调制后的注入信号二倍频谐波,得到带有位置误差信息的分量为f (Δθ)=LPF(i ^qh ˑsin ωh t )=LPFU h (1-cos2ωh t )ΔL sin2Δθ2ωh (L -2-ΔL 2)()=U h ΔL sin2Δθ2ωh (L -2-ΔL 2)=U h (L q -L d )sin2Δθ4ωh L d L q㊂(4)在Δθ足够小的情况下,sin2Δθʈ2Δθ,可以将f (Δθ)近似线性化,利用f (Δθ)和PI 调节器设计位置锁相环(phase-locked loop,PLL),将误差信号调节至0,从而获取估计转子转速ω^e ,最终对其积分获取转子位置角度估计值,如图2所示㊂图2㊀采取BPF 和LPF 提取位置误差信号的流程框图Fig.2㊀Flow diagram of position error signal extractionby BPF and LPF2㊀位置误差信号提取策略2.1㊀传统误差信号提取方法的不足传统的信号提取方法为了获得高频电流响应并从中解调出位置误差信息,分别采用了BPF 及LPF 滤波器,但使用BPF 进行特定信号的提取将不可避免地导致相应信号的相位滞后以及幅值衰减,从而降低信噪比并影响位置估计精度㊂在本文的实验中,注入的正弦电压信号频率f h =500Hz,逆变器开关频率设定为10kHz,采用的BPF 为通带450~550Hz 的二阶巴特沃斯滤波器,而LPF 采用一阶巴特沃斯低通滤波器,其截止频率为100Hz㊂图3(a)㊁图3(b)分别为BPF 和LPF 的特性曲线,可见BPF 在所需提取的注入频率500Hz 处,产生了约3.32ʎ的相位延迟,这一延迟是导致位置辨识误差的重要来源,而LPF 虽然在通带内有较好的平坦特性,但在1000Hz 频率处,对f (Δθ)幅值调制产生的二次注入谐波分量幅值为-20.3dB,仅衰减为约原来的1/10,滤除效果并不好,这将导致位置观测器估计的位置与转速产生一定的波动,从而导致辨识精度的降低㊂62电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图3㊀传统误差信号提取中BPF 和LPF 的特性Fig.3㊀Characteristics of BPF and LPF in traditionalerror signal extraction2.2㊀SOGI 级联SFNF 的位置误差信号提取策略为了弥补传统误差信号提取方法的不足,本文将二阶广义积分器和单频陷波滤波器应用于位置观测环路,取代传统的BPF +LPF 模式,提出一种基于SOGI 级联SFNF 的位置误差提取策略,如图4所示㊂电机三相电流经克拉克变换和帕克变换得到同步旋转坐标系下的i ^q ,经脉振高频注入后,i ^q 实际上包括基频直流分量i ^q0,高频响应分量i ^qh 和由于逆变器非线性引起的开关频率次谐波分量i ^qc ,表示为i ^q =i ^q0+i ^qh +i ^qc ㊂(5)在SOGI 级联SFNF 进行误差信号提取的过程中,由SOGI 替代BPF,滤除i ^q0和i ^qc ,对i ^qh 进行相位无偏提取,提取出的i ^qh 经幅值调制后仅留下有用信号f (Δθ)和二倍ωh 注入谐波,再利用SFNF 精准滤除谐波得到f (Δθ)输入位置观测器得到估计的转速和位置㊂图4㊀采取SOGI 和SFNF 提取位置误差信号的流程框图Fig.4㊀Flow diagram of position error signal extractionby SOGI and SFNF本文所采用二阶广义积分器的结构框图如图5所示,其能跟踪特定频率的交流分量或进行移相,传递函数为G d (s )=νᶄ(s )ν(s )=kωᶄss 2+kωᶄs +ωᶄ2㊂(6)式中:νᶄ为输出信号;ν为输入信号;ωᶄ代表SOGI 的中心频率,即待跟踪信号的角频率;k 为阻尼系数,决定闭环系统的带宽㊂图5㊀SOGI 的结构框图Fig.5㊀SOGI s structural block diagram由式(6)可知,中心频率ωᶄ一定时,SOGI 的参数整定只需调整k 值,相比BPF 的整定更简便㊂ωᶄ为500Hz 时,不同k 值的G d (s )环路幅相特性曲线如图6所示㊂由图可知,无论k 取何值,中心频率处的幅值和相位都没有误差,而其余频率处的信号均有较大的衰减,可以满足提取含有位置误差信息的500Hz 信号的需求㊂相比BPF,SOGI 参数整定更加简便,仅需调节k 的大小㊂随着k 值减小,滤波提取效果越好,但相应的系统带宽也会变窄,实际应用中可以综合考虑系统的滤波精度和动态响应速度确定合适的阻尼系数㊂在幅相特性上,SOGI 对提取信号的幅值和相位均无影响,可以有效改善使用BPF 带来的幅值衰减和相位延迟问题㊂图6㊀SOGI 的幅相特性曲线Fig.6㊀SOGI s amplitude-frequency and phase-fre-quency characteristic curves陷波滤波器则可看作一种特殊的带阻滤波器,72第3期李东昇等:SOGI 级联SFNF 的高频注入无传感器电机控制方法不同的是它的阻带更狭窄,可以在特定位置快速衰减对应特征频率的谐波信号,而几乎不影响该频率点以外的成分㊂单频陷波滤波器的传递函数为G SFNF (s )=s 2+ω2ns 2+ξωn s +ω2n㊂(7)式中:ξ为陷波因子;ωn 为陷波频率㊂取陷波频率为1000Hz,单频陷波器的幅频响应曲线如下图所示,陷波因子ξ分别取0.1㊁0.5㊁1,可以看到ξ仅影响陷波宽度,陷波频率处的幅值绝对值始终为0,且相移为90ʎ,说明陷波器能够完全滤除指定频率的谐波成分,对指定频率的滤波效果远优于LPF㊂图7㊀SFNF 的幅相特性曲线Fig.7㊀SFNF ’s amplitude-frequency and phase-fre-quency characteristic curves基于上述分析,为了得到位置误差信号f (Δθ),SOGI 的中心频率和SFNF 的陷波频率分别取值为ωh 和2ωh ,结合SOGI 的选频特性和SFNF 的陷波特性可以同时实现交轴电流高频响应分量的提取和注入频率二倍频谐波分量的滤除㊂相比BPF,SOGI 可以实现对高频电流响应无衰减无相移提取,而SFNF 比起LPF 则能更好地滤除谐波分量,从而提高高频注入位置观测闭环对转子转速和位置的估计精度,改善系统的稳定性㊂为了对比两种方法的性能,对各自的位置观测闭环传递函数进行仿真绘制幅频特性曲线㊂对于位置观测等效环路中的PI 调节器,增大比例系数K P 有助于提高系统带宽,而积分系数K i 则主要与闭环谐振峰值有关,对带宽无影响,因此给出K i 为定值,比例系数K P 分别为30㊁60㊁120时采取BPF 结合LPF 方法的幅频特性曲线,SOGI 结合SFNF 方法的比例系数则取120,如图8所示㊂设置LPF 的截至频率为100Hz,SFNF 的陷波因子为0.1㊂为了方便进行比较,以幅值增益-60dB 为谐波滤除性能评判参考,即将谐波分量降低至0.1%㊂从图中可以看到,随着K P 的提高,BPF +LPF 策略的带宽增大,但滤波精度下降,在满足滤波性能的前提下,带宽被限制在30Hz 以内㊂在比例系数同为120时,传统误差信号提取策略的带宽来到约104Hz,但谐波幅值衰减下降到-42dB,而SOGI +SFNF 策略在带宽扩展至78Hz 的同时,1kHz 谐波分量幅值增益绝对值始终为0,可以兼顾滤波精度与动态性能㊂图8㊀两种位置观测闭环传递函数的幅频特性方法下曲线的比较Fig.8㊀Comparison of amplitude-frequency characteris-tic curves of position observation closed-loop transfer function by two methods3㊀实验分析为了验证本文所提SOGI 级联SFNF 策略的有效性,以stm32F407IGT6为主控单元,构造用于实现BLDCM 无位置传感器控制的试验平台,如图9所示㊂该平台主要包括表贴式BLDCM,其参数见表1㊂加载用磁粉制动器及其数显控制器KTC800A,以及两者间传动轴上搭载的DYN -200电机动态转速及功率传感器,用于实时测量转子传动轴的转速和电机功率,通过电机内置的霍尔式位置传感器和DYN -200传感器分别获取电机转子的实际位置和转速信息,用于和高频注入估计结果进行比较㊂试验过程中产生的数据由单片机控制器通过串口通信实时发送至上位机进行显示并保存,在停机后导出分析㊂82电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图9㊀实验平台Fig.9㊀Experimental platform表1㊀无刷直流电机参数Table1㊀Parameters of BLDCM㊀㊀参数数值额定功率P/W105额定电压U dc/V24线电阻R/Ω0.8线电感L/mH0.0015极对数p2反电势/(V/(kr㊃min-1)) 6.6额定转速n/(r/min)3000实验中,通过stm32高级定时器设置逆变器的开关频率为10kHz,死区时间为2μs,由高级定时器触发ADC采样中断服务程序,在每个PWM周期完成一次电流采样㊁电流环计算和PWM占空比更新,转速环更新频率1kHz,在Systick中断服务程序里完成㊂母线电压24V,注入的脉振高频电压信号频率为500Hz,幅值为4V㊂SOGI阻尼系数取0.7,SFNF陷波因子0.5,用于进行比较的传统误差信号提取方法中的BPF和LPF参数与2.1节中相同㊂3.1㊀转速阶跃性能验证为了验证本文所提策略的转速和位置估计效果,分别进行传统脉振高频注入法和本文所提方法在给定电机转速120r/min时,进行两次加速至180r/min的实验,结果如图10和图11所示(FOC 的转速环以转子机械转速为参考转速,图中的转子位置及误差为电角度,下同)㊂其中转子转速及转速误差如图10(a)所示,转子角度及其误差见图10(b)㊂可以看到由于BPF加LPF的误差信号提取策略存在滤波器相位延迟和带宽不足的问题,估计转速的变化显然相比实际转速有落后,跟踪效果并不理想㊂对转速从120r/min阶跃到150r/min这一段的曲线进行分析,突变时的转速偏差约升高至10.2r/min,估计位置同样有约0.19rad的偏离;而在同样的转速阶跃条件下,本文所提方法消除了BPF的相位延迟,并扩展了位置观测环的带宽,在转速突变过程中误差减少至约4.3r/min,转子位置误差减少至0.08rad㊂说明改进后的SOGI级联SFNF误差信号提取策略在电机变速过程中跟踪性能更好,且在两次阶跃之间,电机稳定运行时转速曲线更趋于平稳,稳态时转子的平均转速误差也低于采取BPF和LPF时的平均转速误差㊂图10㊀基于BPF和LPF提取位置误差信号方法的转速阶跃工况实验结果Fig.10㊀Experimental results of speed step condition when BPF and LPF are used to extract posi-tion error signal为了对比两种策略的滤波精度,分别取转子转速稳定时交轴电流经过两种误差信号提取环节输出92第3期李东昇等:SOGI级联SFNF的高频注入无传感器电机控制方法的f (Δθ)进行频域上的观察㊂图12(a)㊁图12(b)分别为两种误差信号提取策略相对应的FFT 分析结果,本文实验注入的电压频率为500Hz,因此重点关注1000Hz 的二次谐波信号,从图中可见采取SOGI +SFNF 策略后,谐波信号幅值相比采取BPF +LPF 策略降低约94%,说明本文所提策略的滤波性能更加优越㊂图11㊀基于SOGI 和SFNF 提取位置误差信号方法的转速阶跃工况实验结果Fig.11㊀Experimental results of speed step conditionwhen SOGI and SFNF are used to extract po-sition error signal3.2㊀突加负载抗扰动性能验证为了验证本文所提策略的抗扰动性能,在电机以120r /min 的转速运行时,通过磁粉制动器突然施加大小为电机额定转矩50%的负载,分别使用传统脉振高频注入法和本文所提方法得到的实验结果如图13和图14所示㊂从图中可以看出,在负载转矩突变时,采用传统方法的电机转速跌至约79r /min,且估计转速和位置均产生较明显的偏差和波动,由于位置观测环中辨识得到的转子位置由估计转速积分而来,位置误差曲线以同样方式振荡,两者波动调节时间基本一致,约为600ms,这一过程中最大转速误差和位置误差分别为11.6r /min 和0.22rad,当位置偏差过大时电机将有失步乃至停转的风险㊂而使用本文所提方法,电机转速跌幅削弱,最低约90r /min,转速波动情况明显改善且误差调节时间缩短至约350ms,最大转速误差降低至约8.6r /min,最大位置误差约0.14rad㊂图12㊀误差信号f (Δθ)FFT 分析结果Fig.12㊀FFT analysis results of error signal f (Δθ)综上所述,相较传统高频注入中用BPF 加LPF 提取位置误差信号的方法,采用本文所提的SOGI 加SFNF 方法后,脉振高频电压注入法的位置和转速估计精度均有所提高,动态性能和抗扰动能力得到改善㊂03电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图13㊀两种策略突加负载工况转子转速实验结果Fig.13㊀Experiment results of rotor speed under loadtorque change circumstance based on twostrategies图14㊀两种策略突加负载工况位置误差实验结果Fig.14㊀Experiment results of position error under loadtorque change circumstance based on two strategies4㊀结㊀论基于凸极性跟踪的高频注入法对于研究无刷直流电机低速无传感器控制具有重要意义,为了改善传统脉振高频电压注入法采用带通滤波器和低通滤波器进行信号提取和解调带来的位置估计精度不高㊁动态性能难以兼顾㊁参数整定困难等问题,本文分析了传统误差信号提取方法的缺陷,并创新了一种级联二阶广义积分器和单频陷波器提取位置误差信号的改进方法,充分利用二阶广义积分器的选频特性代替带通滤波器,有效避免了滤波器相位滞后效应,并利用单频陷波器的陷波特性滤除高频注入谐波分量㊂实验结果表明,在转速阶跃和突加负载等工况下,本文所提改进方法的响应速度和位置估计精度相比传统方法均有提高,并具有良好的动态性能,同时参数整定简单,对于提升脉振高频电压注入法的可靠性有一定价值㊂在本文研究的基础上,将进一步通过改进自适应中心频率的SOGI 提高动态条件下脉振高频电压注入法的估计精度,并结合基于反电动势的观测器拓展该方法的应用范围㊂参考文献:[1]㊀DE Viaene J,CEULEMANS D,DERAMMELA-ERE S,et al.Sensorless load angle control for energy optimal sinusoidal driven BLDC motor applications [J ].IEEE /ASME Transactions on Mechatronics,2022,27(4):2290.[2]㊀DU B,WU S,HAN S,et al.Application of linear active disturb-ance rejection controller for sensorless control of internal perma-nent-magnet synchronous motor[J].IEEE Transactions on Indus-trial Electronics,2016,63(5):3019.[3]㊀SASHIDHAR S,GURU PRASAD REDDY V,FERNANDES BG.A single-stage sensorless control of a PV-based bore-well sub-mersible BLDC motor[J].IEEE Journal of Emerging 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SOGI级联SFNF的高频注入无传感器电机控制方法李东昇;袁杰;王坤东【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2024(28)3【摘要】针对传统脉振高频电压注入法同时应用带通滤波器和低通滤波器导致相位偏移和位置估计误差大的问题,提出一种级联二阶广义积分器(SOGI)和单频陷波器(SFNF)的改进方法,实现位置误差信号的精确和实时提取。

研究了脉振高频电压注入法位置观测闭环传递函数的幅频特性,利用SOGI的选频特性提取高频交轴响应电流,并利用SFNF的陷波特性滤除注入信号二次谐波,替代了传统误差信号提取环节中的带通滤波器和低通滤波器,参数整定简便,具备兼顾滤波精度和带宽的优势。

搭建实验平台对传统误差信号提取策略和所提SOGI级联SFNF策略进行对比,实验结果表明,本文所提改进方法的响应速度和位置估计精度相比传统方法均有提高:在转速突变过程中转速估计误差降低5.9 r/min,转子位置误差降低0.11 rad;在突加负载时,转速估计误差降低3 r/min,转子位置误差降低0.08 rad,响应调节时间缩短42%,有效提高了位置观测精度和系统的动态响应性能。

【总页数】9页(P24-32)【作者】李东昇;袁杰;王坤东【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.高频信号注入无速度传感器永磁同步电机控制系统2.一种基于变频电流信号的IPMSM无位置传感器高频注入电流噪声抑制方法3.探究在高中数学教学中培养学生知识运用能力的策略4.优化脉振高频信号注入的PMSM无位置传感器控制方法5.基于高频方波电压注入的同步磁阻型特种电机无传感器控制方法研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。