永磁同步电机转子初始位置估计
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新能源装备永磁同步电机转子位置估计方法
刘心昊;刘昌盛;唐琦军;彭长锋
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2024(58)2
【摘要】针对逆变器非线性和电机磁场空间谐波影响永磁同步电机转子位置估算精度的问题,提出一种基于新型自适应滤波器的内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估计方法,建立无位置传感器电机矢量控制系统,对电机转子位置的估计误差进行分析。
基于该方法的特性,设计出一种由多个二阶广义积分器(SOGI)并联的新型自适应谐波滤波器,对反电动势中的高次谐波成分进行滤除,并搭建IPMSM驱动系统的台架展开测试验证。
研究结果表明,该方法可有效抑制转子位置估计反电动势中的谐波,其谐波脉动幅值减小至3°,提高电机转子位置精度和系统控制性能。
【总页数】5页(P34-38)
【作者】刘心昊;刘昌盛;唐琦军;彭长锋
【作者单位】山河智能装备股份有限公司;湖南农业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
2.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
3.一种永磁同步电机转子位置传感器零位偏差估计方法
4.基于dSPACE
的永磁同步电机转子位置和速度估计方法5.基于SOGI-PLL的永磁同步电机转子位置估计方法
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永磁同步电机初始位置检测及启动方法
一、电机位置检测
1、位置检测原理
永磁同步电机的位置检测依靠的是电机的永磁特性,即有一个静止的永磁位置,而永磁位置的判定依赖于外部磁场,如果外界磁场的强度超过一定的阈值,永磁位置就能被确定,也就可以确定电机的初始位置。
2、位置检测实现
通常采用三阶外接式传感器来进行位置检测,此类传感器结构简单,可以在实际应用中取得较好的检测效果。
被检测的永磁位置成为“参考点”,然后就可以测量电机的旋转位置,从而决定其初始位置。
二、电机启动
1、启动原理
启动永磁同步电机,需要将电流不断增大,直至电机达到预设的转速,才算完成启动过程。
在启动过程中,电机的磁通一直会受到控制,而磁通的变化会影响电
机的电流和转矩,进而影响转速,从而实现启动。
2、启动实现
一般来说,永磁同步电机启动可以采用电流控制和调速电路控制两种方式。
电流控制模式可以通过调节其电流来控制电机的起动和调速,而调速电路控制则通过调节电机的速度反馈来控制电机。
永磁同步电机转子初始位置检测及启动策略Initial Rotor Position Detection and Start-up Strategy of Permanent Magnet SynchronousMotor大连交通大学电气信息学院丁志勇(Ding Zhiyong)转子位置检测是永磁同步电机控制系统稳定运行的必要条件,使用增量式编码器不能准确得到转子的初始位置信息,直接启动会产生未知后果,通常需要额外的初始位置检测方法。
本文分析了在未知电机转子初始位置时直接启动可能出现的情况,提出一种基于增量式编码器A、B脉冲信号的转子初始位置检测方法,并在启动过程中完成增量式编码器的校正。
实验结果表明,该方法简单有效。
关键词: 永磁同步电机;增量式编码器;转子初始位置;编码器校正Abstract: Rotor position detection is a necessary condition for the stable operation of the permanent magnet synchronous motor control system. Using the incremental encoder can not obtain the accurate information of the initial rotor position. Direct start-up will produce unknown consequences, so it usually requires additional initial position detection method. This paper analyzes the possible situation of direct start-up in the case of unknown the motor initial rotor position, and proposes a rotor initial position detection method based on A and B pulse signals of the incremental encoder, completes correction of incremental encoder in the process of starting-up. Experimental results show that the method is simple and effective.Key words: PMSM; Incremental encoder; Initial rotor position; Encoder correction【中图分类号】TM351 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-0073-041 引言永磁同步电机具有功率密度高、结构简单以及调速性能好等优点,在工业领域得到广泛的应用[1]。
上式中,转子角速度由ω指代,当它的取值为
因高频电压信号从电机绕组中通过,故而,可对定子电阻压降进行忽略,进一步得出定子电压方程和电流响应信号等[1]。
将高频旋转电压信号持续注入定子绕组中,即可得出三相静止坐标系中的电压,分别用U和ωh对高频电压信号幅值和角频率进行表示,继而依托3/2将其变换至两相
由上式可知,三相高频电流响应信号都是两个同频率正弦信号差,同频率正弦交流电压相加其性质不变,而幅值影响因素则是两个信号各自的幅值和相位差。
已知电机参数和高频注入信号的情况下,θ能调制三相高频电流响应信号幅值。
三相高频电流响应信号幅值与θ角变化规律相关,与正弦规律类似。
三相高频电流响应信号幅值变化幅度与电机凸性成正比。
倘若提取位置信息时使用查表方法,无论是注入高频电压信号幅值,还是角频率都会对该操作产生干扰,反之,
轴电感会随之减小,
图1定子磁势影响d轴磁路
由上述已知条件,对电机d轴电流表达式予以确定:
得出结论:i d与L sd成反比,L sd越大,i d越小。
该背景下,分别将同等时间和幅值的脉冲电压注入到不同的位置和(θ+π),继而对两次响应电流幅值进行检测和比较,得出转子位置角[3]。
3实验结果分析
采用一台内嵌式永磁同步电机,对永磁同步电机转子初始位置检测方法进行验证,分别将其额定电压和额定功。
内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法刘庆飞【期刊名称】《电源学报》【年(卷),期】2017(015)001【摘要】针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题,提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。
基于凸极跟踪的原理,通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置,在此基础上,采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断,实现对估计转子位置的极性校正,并且补偿估计转子位置的偏移误差,从而得到转子初始位置。
在实验平台上进行了实验验证,实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置,实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。
%In orderto achieve the estimation of the initial rotor position for a position sensorless interior permanent magnet synchronous motor, a hybrid method based on rotating high frequency voltage signal injection together with a constant magnetic field method is proposed. First of all, an estimated rotor position is obtained by injecting high frequency voltage signal into stator winding. On this basis, a constant magnetic field method is used to identify the magnet polarity of the estimated rotor position. What’s more, it compensates the estimated error automatically. Then the initial rotor position can be obtained. In the end, the verification experiments were implemented on the experimental platform. The experimental results show that the proposed approach can identify themagnet polarity of the initial rotor position accurately and start up the permanent magnet synchronous motor successfully and reliably.【总页数】6页(P132-137)【作者】刘庆飞【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 廖晓文;刘桂雄2.基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 刘景林;鲁家栋3.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法 [J], 何栋炜;彭侠夫;蒋学程;周结华4.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法 [J], 王高林;杨荣峰;于泳;徐壮;徐殿国5.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 李新旻;陈伟;张国政;王志强;陈炜因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究一、本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的不断发展,永磁同步电机(PMSM)因其高效率、高功率密度和优良的控制性能,在众多领域得到了广泛的应用。
电机的转子初始位置检测一直是电机控制系统中的一个关键技术难题。
准确的转子位置信息对于电机的启动、运行和控制至关重要,尤其是在无位置传感器的应用场景中,初始位置的准确检测成为实现高效电机控制的前提。
本文旨在研究一种基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测技术。
旋转高频注入法作为一种有效的转子位置检测方法,通过在电机定子绕组中注入高频电流,利用转子磁场与注入电流之间的相互作用,实现对转子位置的检测。
该方法具有结构简单、成本低、可靠性高的特点,适用于无传感器的电机控制系统。
本文首先介绍永磁同步电机的基本原理和转子位置检测的重要性,然后详细阐述了旋转高频注入法的工作原理和实现过程。
在此基础上,通过仿真和实验验证了该方法的有效性和准确性。
对本文的研究成果进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。
通过本研究,我们期望为无传感器永磁同步电机控制系统的设计和应用提供一种新的转子初始位置检测方案,以促进电机控制技术的发展和应用。
二、永磁同步电机的基本原理与特性永磁同步电机(PMSM)作为一种高效、高性能的电动机类型,在众多工业和商业应用中得到了广泛的使用。
其独特的设计使得电机在没有额外的励磁电源的情况下,能够维持一个恒定的磁场。
这种电机的基本原理是基于电磁感应定律和永磁体提供的恒定磁场与转子磁场的相互作用。
永磁同步电机的主要特性包括高效率、高功率密度、低噪音和长寿命。
这些特性使得PMSM在需要精确控制和高性能的应用中,如电动汽车、精密机械和可再生能源系统中,成为首选的电机类型。
在转子初始位置检测方面,旋转高频注入法是一种有效的技术。
该方法通过在电机的定子绕组中注入高频电流,产生一个额外的旋转磁场。
这个旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用,导致转子产生一个相对于其当前位置的位移。
转子磁链位置估计法
转子磁链位置估计法是一种用于直接驱动永磁同步电机的控制策略。
该方法利用了磁链轨迹反演理论,通过测量直流侧电压实现转子
位置的估计和跟踪。
在直接驱动的永磁同步电机中,转子位置的准确估测是控制器实
现转矩控制和运动控制的关键因素之一。
传统的传感器测量方法可以
准确估计转子位置,但会面临成本和精度的问题。
转子磁链位置估计
法通过使用机械传感器的信号和电机特定参数,以及直流侧电压的峰
值和均值,实现了实时估计转子的位置,从而可以节省传感器的成本。
转子磁链位置估计法的原理是通过特定转子速度或高频小信号注入,研究变换后模的峰值、斜率等参数,以替代沿直流磁链方向注入
的高频信号。
磁链的轨迹反演技术应用在这个方法中,通过转子直流
电流和电机电感以及电机知道参数和控制器信息估计转子位置。
这种
方法的优点是能够通过专业的计算工具估算整个系统的磁感应密度,
从而可以准确定位磁场的变化轨迹并实现转子位置的准确估算。
总之,转子磁链位置估计法是一种先进的控制方法,充分利用了
电机特定参数,通过测量直流侧电压实现了转子位置的准确估计和跟踪。
它具有成本低、精度高的优点,并且不会受到传统的传感器测量
方法所面临的成本和精度问题的影响,可以广泛应用于各类永磁同步
电机的控制中。
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。
基于双锁相环的永磁同步电机转子初始位置估算方法徐萌;王艳阳;高洁;米彦青【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2022(50)19【摘要】针对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)无位置传感器控制中转子初始位置难以精确估算的问题,提出了一种基于注入变频方波电压的双锁相环结构转子位置估算的方案。
首先对电机施加振幅相同方向相反的低频方波电压判别转子极性。
然后提高方波电压频率至3 kHz,使用一种新型的双锁相环结构对转子位置估算值进行适应性误差补偿,以提高估算精度。
最后保持高频信号注入进行电机空载、负载启动,全程无需中断和改变注入信号。
实验表明,该方法对转子初始位置估算误差最大不超过3.73°,平均估算时间为0.18 s,估算过程中电机保持静止。
当电机启动时,双锁相环结构比传统锁相环结构估算时间缩短18 ms,最大补偿角度为38.39°。
估算过程未引入电机敏感参数,系统具有良好的稳定性和快速性。
【总页数】9页(P49-57)【作者】徐萌;王艳阳;高洁;米彦青【作者单位】中国民航大学电子信息与自动化学院;天津大学电气自动化与信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN9【相关文献】1.表面式磁路结构永磁同步电机初始转子位置的估算2.一种基于电感饱和效应的电流差值检测永磁同步电机转子初始位置的方法3.基于新型高频注入法的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法4.基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法5.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
工学硕士学位论文 永磁同步电机转子初始位置估计 INITIAL ROTOR POSITION ESTIMATION FOR PMSM
胡任之
哈尔滨工业大学 2008年7月 国内图书分类号:TM351 国际图书分类号:470.40
工学硕士学位论文 永磁同步电机转子初始位置估计
硕士研究生:胡任之 导师:邹继斌 教授 申请学位:工学硕士 学科、专业:电机与电器 所在单位:电气工程系 答辩日期:2008年7月 授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index:TM351 U.D.C.: 470.40
Dissertation for the Master Degree in Engineering INITIAL ROTOR POSITION ESTIMATION FOR PMSM
Candidate: Hu Renzhi Supervisor: Prof. Zou Jibin Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Electrical Machine and Apparatus Affiliation: Dept. of Electrical Engineering Date of Defence: July, 2008 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 永磁同步电机(PMSM)具有高效率、高功率密度、控制性能好、启动特性好等优点。然而转子初始位置的准确检测是PMSM可靠启动的必要保证。转子初始位置偏差将引起电机启动电流过大,甚至会造成电机过流或发生反转,负载较大时情况更加严重。本文针对PMSM的转子初始位置估计的问题进行了深入的研究。 基于转子预定位的PMSM初始位置估计是一种常用的方法。本文分析了转子预定位法的原理和初始位置估计精度的影响因素,采用了电流闭环的转子预定位方法,并提出平均值法来克服摩擦力引起的初始位置估计误差。该方法可以准确的估计空载条件下的转子初始位置。 针对负载对转子初始位置估计的影响,在分析转子初始位置偏差与电流矢量、电磁转矩关系的基础上,提出了基于电流矢量控制的PMSM转子初始位置估计方法。将该方法与转子预定位法相结合,可以克服极限位置下无法进行初始位置估计的问题。所提出的方法实现了较大负载条件下的初始位置估计。 针对在转子静止条件下进行初始位置估计的问题,在PMSM饱和凸极效应分析的基础上,对基于饱和凸极效应的转子初始位置估计的原理进行分析,研究了具体的实现方法。通过采用电压矢量优化和对电流矢量进行后处理的方法来提高初始位置估计的精度,实现了负载条件下的转子初始位置估计。 最后,对基于高频信号注入的PMSM转子初始位置估计方法进行了研究,分析了旋转高频电压注入法的原理,并进行了仿真验证。该方法可以在负载条件下准确地估计内嵌式永磁同步电机的转子初始位置。
关键词 永磁同步电机;转子初始位置;估计;凸极效应
- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract PMSMs are widely used in many industry applications for their high efficiency, high power density and good control performance. Initial rotor position of PMSM is exactly required for successful start-up. An initial position error will cause very large current or reverse rotating. The situation is even more serious with a heavy load. The initial rotor position estimation for PMSM is studied in this paper. The forced alignment of the rotor is a conventional method to estimate initial position. The principles of the method and the accuracy factors are analyzed and the implement issues are designed. A method is proposed to eliminate the errors caused by friction. The effectiveness of the proposed method is verified by the experimental results under no load. A method to estimate initial rotor position under load condition is proposed in this paper based on the analysis of the relationship among current vectors, electrical magnetic torque and initial rotor position error. It is successful to avoid the effect of the limit rotor position by the method combined with rotor forced alignment. The effectiveness of the proposed method is verified by the experimental results under condition of load. The method based on the magnetic saturation saliency is able to estimate initial position without rotor rotating. Saturated saliency effect of PMSM is analysis. Initial position estimation is implemented by injecting voltage vectors and detecting the response of current vectors. The accuracy of the method is improved by using voltage vector optimization and current vector process. The method is effective under load condition. Finally, high frequency signal injection is studied to estimate initial rotor position error. The principle is analyzed. The simulation results show that the method is able to estimate the initial position under load condition without rotor rotating.
Keywords PMSM; initial rotor position; estimation; saliency - II - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目 录 摘要...............................................................................................................................I Abstract.......................................................................................................................II
第1章 绪论................................................................................................................1 1.1 课题研究的背景及意义...................................................................................1 1.2 国内外技术发展现状.......................................................................................2 1.2.1 永磁同步电机控制系统的发展现状........................................................2 1.2.2 永磁同步电机位置估计技术的发展现状................................................3 1.3 本文的主要研究内容.......................................................................................6 第2章 基于转子预定位的转子初始位置估计........................................................7 2.1 基于转子预定位的初始位置估计原理与实现...............................................7 2.1.1 初始位置估计原理....................................................................................7 2.1.2 实现方法....................................................................................................8 2.2 精度影响因素的分析.......................................................................................9 2.2.1 摩擦力的影响............................................................................................9 2.2.2 负载转矩的影响......................................................................................10 2.2.3 定位力矩的影响......................................................................................11 2.3 摩擦力误差的克服.........................................................................................12 2.4 实验研究.........................................................................................................13 2.5 转子预定位法的适用性分析.........................................................................15 2.6 本章小结.........................................................................................................15 第3章 基于电流矢量控制的转子初始位置估计..................................................16 3.1 电磁转矩与电流矢量的关系.........................................................................16 3.1.1 永磁同步电机数学模型..........................................................................16 3.1.2 假想的坐标系..............................................................................17 -dq′′