永磁同步电机转子初始位置

永磁同步电机转子初始位置的检测方法王冉珺;刘恩海【摘要】In order to resolve the problem, that rotor position inspection depends on motor parameters, and is too complex to calculate current phase which may cause rotor rotated during inspection, a method using high frequency voltage injection to estimate the initial rotor position for permanent magnet synchronous motor( PMSM) is presented. When the rotating high frequency voltage signal was injected into the motor windings, the rotor position could be derived from the phase of maximum of the current response after demodulating it, filtering it and fitting with least squares method. After that, the magnet polarity was identified using magnetic saturation effects. Both simulation and experimental results show that the proposed algorithms can detect rotor initial position without motor parameters and extra hardware while keeping rotor stand still. The average of estimation error is 3. 33 electrical degrees, satisfying the PMSM startup needs.%针对永磁同步电机初始位置检测已有方法依赖电机参数,电流相位提取算法复杂,并在检测过程中会造成转子发生转动等问题,提出一种基于高频电压信号注入检测电机初始位置的方法.该方法通过对高频电压响应的电流进行解调、滤波和最小二乘拟合处理后,再计算出正弦化响应电流最大值时的相位,便得到获取转子初始位置信息,最后利用磁路饱和凸极效应,判定永磁体的极性.仿真及实验结果表明,该方法能准确检测出转子初始位置,不会使转子发生移动,也不需要知道电机的参数,硬件结构简单.位置检测的平均误差为3.33°,可满足永磁同步电机的平稳启动需求.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2012(016)001【总页数】5页(P62-66)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置;高频注入;磁路饱和;最小二乘【作者】王冉珺;刘恩海【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言在永磁同步电机高性能控制系统中，若在不明确初始位置条件下启动电机，则会出现短暂的转子反转现象，甚至导致启动失败［1］。

永磁同步电机转子初始位置检测方法作者：齐淑尊王文彬来源：《科学与财富》2017年第26期摘要：随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高科技产物被广泛应用到了国家的生产建设和人们的日常生活里，其中永磁同步电机就是其中之一。

因为永磁同步电机拥有很多优点，如体积小，实用效率高，耗能量低等，所以受到很多生产建设相关人士的好评。

但是，在永磁同步电机使用的过程中，还有需要注意的事项，尤其是永磁同步电机转子初始位置的检测，它对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用。

本篇文章就是通过对永磁同步电机转子初始位置检测方法方面的内容进行论述，并通过一些相关数据和公式，对其进行简要的分析，希望能对永磁同步电机在未来的发展提供帮助。

关键词：永磁同步电机；转子初始位置；高频信号注入；磁路饱和效应在过去的发展过程中，人们建设与生产的时候会应用到各种各样的机械设备，尤其是电机的使用率比其他相关设备的使用率更高。

但是传统的电机设备比较老化，工作效率也比较低，同时还会消耗大量的电能，影响国家的整体发展。

但是永磁同步电机在现代社会发展中的出现，大大提高了相关事业的生产与建设水平。

因为永磁同步电机的工作效率明显比传统电机的效率高，所以被广泛的应用在国家发展中的各个领域。

但是永磁同步电机能否良好的运作，与其转子初始位置有着密不可分的联系，要想良好的发挥永磁同步电机的作用，就要做好其转子初始位置的检测工作。

1 永磁同步电机转子的简要概述转子的初始位置对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用，如果在永磁同步电机被应用在某些工程建设或是某种产品生产的过程中，相关的监测管理人员没能及时的发现永磁同步电机转子初始位置的变化或者对转子初始位置偏移不能进行良好的预测，那么永磁同步电机的转子就会发生反转或是导致永磁同步电机失灵等状况，一旦这样的情况出现，不仅会对相关的建设或生产工作造成严重的影响，还会导致某些机械设备产生连带作用跟着一起失灵，从而造成生产或建设事故，更严重的还会造成人员伤亡。

转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测摘要：文章重点解析了应用带有U、V、W相的复合式光电编码器，去检测转子磁钢表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子初始位置的原理与流程。

实践证明这一新兴检测技术的应用是对传统检测方法算法执行周期漫长与繁琐等缺陷的弥补，这一技术的应用在检测SPMSM转子初始位置领域中的应用体现出快捷性与精确性特征，希望这一检测技术在后续的发展中得到更大的应用空间。

关键词：永磁同步电机；光电编码器；初始位置；检测方法国际上现存的文献资料多数是介绍在相关软件的协助下对永磁同步电机转子位置进行检测，与转子初始位置检测相关的研究少之又少。

实质上，转子初始位置检测是构成传感器调速体系的关键要素，若该环节存在错差，将会干扰转子位置计算的精确性，为精确型电机管控的系列计算结果的产出设置障碍，最终干扰电机运行的有序性。

基于此，本文探究复合式光电编码器在磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测进程中的具体应用。

1.复合式光电编码器检测转子初始位置的方法在对磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测之时常用的的光电编码器多数为复合式光电编码器，复合式光电编码器作为增量型光电编码器，最大的特征为能够以最为简易的方式完成磁极定位任务，其能够传递出正、反相两组信号，即U、V、W、A、B、Z（正相）与U-、V-、W-、A-、B-、Z（反相）。

一组被用于检测磁极方位，信息具有绝对性特征，三个线路在空间位置上互存角度差为120°，三路脉冲信号U、V、W在空间中所占比例均为50%；另一组信号的功能等同于增量式光电编码器，将三个线路方波脉冲数值传递出来，分别为A、B 与Z 。

前两个线路脉冲相位差为90°，其最大的功能在于辨别转子运行的方向，Z脉冲每运行一次，对基准点位置确定工作就进行一次。

U、V、W信号最大的作用为判别永磁同步伺服系统转子磁极的初始方位。

应该格外注意的内容是：复合式光电编码器的极对数目始终要和电机的极对数目达成统一性，转子运转360°编码器U、V、W相内就会有一相发出和其极对数相等的脉冲个数[1]。

永磁同步电机转子初始位置的自动标定曹艳玲;文彦东【摘要】An automatic calibration system of the initial rotor position for permanent magnet synchronous motor ( PMSM) has been proposed based on a back EMF waveform observation method. The back EMF signal which stands for the rotor position of a PMSM was obtained by a difference amplifier. The Z pulse signal which stands for the absolute angular position passes through zero was obtained by a resolver decoding circuit. The period of the back EMF signal and the time interval between the zero-crossing of back EMF and Z pulse were calculated by the microcontroller, then the initial rotor position of PMSM can be obtained from them. The initial rotor position can be measured by the calibration system without the inverter and the external high voltage power supply. The experimental results verified that the measurement method provided a good dynamic response and accuracy.%基于反电势波形观测法,提出了一种检测永磁同步电机转子初始位置的自动标定系统.该标定系统通过差分放大器采集表征永磁同步电机转子位置的反电势信号；利用旋变信号解码电路获取表征旋变转子位置的Z脉冲信号.由单片机计算出电机反电势信号周期及反电势过零点至Z脉冲的时间间隔,即可得出永磁同步电机转子的初始位置.此标定系统无需逆变器和外部高压电源,便可完成转子初始位置的自动测量,试验验证了该测量方法正确、有效,具有较好的动态响应和测量精度.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2012(039)008【总页数】5页(P6-9,24)【关键词】转子初始位置;永磁同步电机;绝对位置传感器;反电势【作者】曹艳玲;文彦东【作者单位】长春工程学院,吉林长春130012;中国第一汽车集团技术中心,吉林长春 130011【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有系统效率高、功率密度大等一系列优点，因而被广泛使用。

永磁直线同步电机初始位置检测算法分析摘要：针对采用增量式光栅为位移传感器的表贴式隐极永磁直线电机伺服控制系统，利用饱和凸极效应来检测动子初始位置。

基于注入脉振高频电压后d、q轴高频电流响应特性，并极值法计算法获得动子初始位置，并采用双脉冲电压矢量注入对动子极性进行判断，解决了高频电压注入法无法确定动子极性的问题。

实验测量表明，采用极值法估计动子初始位置预测均方根误差为0.141 rad，结果表明，极值法获得永磁直线电机动子初始位置的估计可以满足永磁直线电机平稳启动要求。

关键词：直线电机；动子初始位置角；高频注入；凸极效应同传统旋转电机相比，直线电机省去齿轮、链条等中间传动机构，可以简化系统结构，提高效率，因此更适用于物流线、数控机床进给系统等直线运动场合。

永磁直线电机具有推力密度大、效率高等优点，广泛应用于伺服控制系统中[1]。

在高性能的直线电机伺服控制系统中，对于电机的启动性能来说，电机动子的初始位置影响比较大，尤其在高性能的直线电机伺服控制系统中，显得更加重要。

以增量式光栅尺或磁栅尺作为位移传感器的直线电机伺服控制系统中，系统上电后，无法由位移传感器直接获得动子初始位置，需要采取位置估算算法估计动子初始位置。

科研人员不断深入研究，目前为止提出了多种针对于永磁旋转电机的转子初始位置的估计方法。

通过向定子电枢绕组中注入一系列脉冲电压矢量，比较电流响应幅值，从而确定转子位置[2, 3]，已经有学者采用这种方法对永磁直线电机动子初始位置进行检测[4]，这种方法简单，容易实现，但是由于对电流响应幅值进行单次采样，容易受到电流传感器采样误差影响，也有研究人员在采集电流响应的基础之上计算电感参数矩阵，从而获得转子位置[5]，但如此这样的尝试计算，依旧无法回避采样误差所带来的影响。

基于永磁旋转电机的固有凸极和饱和凸极效应的高频电压注入法广泛应用于转子初始位置检测[6-8]，对内埋式等凸极率较高的电机，高频电压注入可以快速获得转子位置，对于隐极电机，转子位置信息提取比较困难，而且容易受到采样噪声信号干扰，使精度降低。

内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法廖晓文;刘桂雄【摘要】内置式永磁同步电机(IPMSM)转子磁极初始位置检测准确度对电机启动性能的影响非常关键.在推导高频旋转电压注入法正序、负序响应电流基础上,提出一种利用两路新型跟踪微分器(NTD)输出信号相位差求解转子磁极初始位置的新方法.该方法无需PI调节器或龙贝格观测器,仅涉及母线电压、高频信号电角度及交、直轴电感4个参数.实验结果表明该方法可使转子磁极初始位置在4 ms内收敛到真实值附近,最大估计误差0.082 rad.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2015(041)008【总页数】4页(P103-106)【关键词】内置式永磁同步电机;转子初始位置;新型跟踪微分器;高频旋转电压注入【作者】廖晓文;刘桂雄【作者单位】广东石油化工学院,广东茂名525000;华南理工大学,广东广州510640;华南理工大学,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】A图1为本文提出的IPMSM转子初始位置检测原理框图。

图中通过SVPWM算法产生高频旋转信号注入内置式永磁同步电机IPMSM。

设高频信号幅值为u s、电角度为θe，两相静止坐标系α、β轴电压为u sα、u sβ，电机A、B相电流为i a、i b，通过CLARK变换得到的两相静止坐标系电流为i sα、i sβ。

则利用i sα、isβ、θe及新型跟踪微分器NTD1、NTD2可得转子初始磁极位置角θr。

定义高频信号瞬时合成矢量ν相对于两相静止坐标系α轴角度为θe，转子磁极初始位置方向为d轴，q轴为d轴的交轴，则d轴相对α轴夹角为θr（即转子磁极初始位置角），图2为θe、θr夹角相互关系图。

在两相静止坐标系下，注入幅值为u s、角频率为ω的高频电压信号（如图1所示），则所形成定子磁链为令d、q轴电感为Ld、Lq，L=（Ld+Lq）/2，ΔL=（Lq-Ld）/2。

由逆PARK变换及交直轴互感原理[11]，两相静止坐标系下的电感矩阵为若注入信号幅值u s较小，转子磁链对定子磁链影响很小，这时有：令高频正序、负序电流幅值分别为由式（1）、式（3）可得：上式左端I sn cos（2θr-2θe）包含转子磁极初始位置角θr，而θe=ωt为已知量。