永磁同步电机无传感器控制技术.

永磁同步电机无传感器控制综述摘要：随着控制理论、数字信号处理和计算机技术的飞速发展，永磁同步电机的无传感器控制广泛的运用于各种环境条件有限的工业场合。

本文详细论述了各种PMSM无传感器控制技术，并给出相应的优缺点。

关键词：永磁同步电机；控制；估算永磁同步电机（PMSM）因其体积小、效率高、可靠性好以及对环境适应性强等优良性能而在各个要求高性能调速的领域中得到了广泛的应用。

其闭环控制受限于位置及转速这些信息的高效、准确测量。

由于受外部安装环境的影响，各种传感器的工作性能必然受到不同程度的影响，从而导致整个控制系统的性能下降。

因此，为了解决使用传感器带来的缺陷，电机的无传感器控制成为了电力传动领域的一个研究热点。

1PMSM无传感器控制控制PMSM无传感器控制技术是指在电机的转子和定子上没有安装速度传感器的情况下，通过检测电机电压、电流以及电机的数学模型估算出电机转子位置和转速，并将其作为闭环控制反馈信号的控制技术。

目前没有一种无位置传感器技术可以独立地解决静止、低速和中高速时的位置估计问题。

因此，根据电机在不同转速下转子位置估算的效果，把无位置传感器控制方法分为两大类：基于基波激励下电机数学模型的转子位置估算方法和基于电机的凸极饱和效应的转子位置估算方法。

1.1基于基波激励下电机数学模型的转子位置估算方法该方法主要基于电机的基波动态模型，具有良好的动态性能，但对电机参数变化较敏感，主要适用于中高速段下转子位置估算。

①基于反电势的位置估计法。

该方法是利用电压和电流对磁链和转速进行估计，低速时对定子电阻尤为敏感。

由于电机的反电动势较低，再加上因开关器件的非线性而产生的系统噪声，使得电机端电压信息很难被准确捕获。

在中、高速段，采用反电动势估计法能获得较好的位置估计效果但在低速区，效果却不理想。

②基于状态观测器的估计法。

观测器的实质是状态重构，其原理是重新构造一个系统，用原系统中可以直接测量的变量作为输入信号，使输出信号在一定条件下等价于原系统的状态。

永磁同步电机无位置传感器控制技术分析作者：阳小兰来源：《科海故事博览·上旬刊》2019年第02期摘要永磁同步电机具有很好的应用优势，这主要是其内部转子的位置能够定位到，从而能够对永磁同步电机的性能进行提高。

但是使用机械式传感器相对来说不能够很好的抵抗干扰，而且成本也较高，应用无位置传感器控制技术能够弥补这一不足，对电机的广泛使用有很好的推动作用。

鉴于此，本文分析了电机的无位置传感器控制，电机主要是永磁同步式的，希望有参考意义。

关键词无位置传感器永磁同步电机控制技术自动控制技术以及电子技术的不断发展，使得电机的性能越来越高，交流变速系统控制得到了很好的应用。

在交流变速控制技术中，同步电机有较为明显的优点，在一些大型的系统控制中具有很好的发展。

永磁同步电机的无位置传感器控制改变了机械式传感控制，使得其应用更加的可靠。

一、转子的初始位置检测（一）预定位检测方法永磁同步电机能不能够正常启动并且平稳的运行其转子的初始位置检测是十分关键的，只有转子的初始位置检测工作做好了，才能够保证电机的启动转矩，能够有效的确保在启动的时候不会发生电机反转的情况。

使用预定位方法对转子初始位置进行检测，主要就是在开始启动永磁同步电机之前，将恒定电压矢量加到电机上，时间是定量，这样电磁转矩推动着转子转到预定的地方。

使用此方法进行检测，比较简单，其运算也不会太麻烦。

在将恒定电压矢量加完之后，定子绕组中就会有合成电流矢量产生，然后就会有电磁转矩，进一步转子就会进行转动。

使用这种预定位方法进行检测，通常情况下转子预定位都能够达到设置的目标位置，但是也会有特殊情况存在，转子无法到达目标位置的情况是当转子的实际位置是在π或者是接近π时。

针对于这种情况，使用逐次差值为120度的电压矢量来依次进行施加的方式，这样就能够使转子逐渐的转到目标位置，通过这种方式，能够使预定位方法检测更加的具有可行性。

不过使用这种方法进行检测有一定的缺陷，对转子的位置进行预定位的时间相对来说是比较长的，而且在过程中其转子的位置是有可能会出现变动的，因此其应用是具有一定的约束性的。

高技术通讯2021年第31卷第8期= 844-851doi:10.3772/j.issn.1002-0470.2021.0&007永磁同步电机无位置传感器控制低速性能提升方法①吴春②赵宇纬(浙江工业大学信息工程学院杭州310023)摘要针对永磁同步电机(PMSM)位置观测器在低速范围受逆变器非线性、定子电阻和电感参数摄动等因素影响而导致位置估计精度下降的问题，提出一种集成定子电阻自适应的降阶磁链观测器，同时通过离线测量的电感饱和特性制作电感随电流变化的曲线进行电感在线更新，提高低速范围位置估计精度。

使用了三相端电压测量电路，采用测量电压代替给定电压，消除逆变器非线性因素对位置估计的影响。

将所提策略在150W的永磁同步电机实验平台上进行验证，实验结果表明所提策略无需准确电阻参数，在各种运行工况下位置估计精度高，可实现速度反转，增强了无位置传感器控制低速性能。

关键词永磁同步电机(PMSM)；无位置传感器控制；位置观测器；定子电阻估计0引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无位置传感器控制系统由于其鲁棒性强，占用空间小,成本低等优点已经在航天航空、工业和家用电器等领域被广泛应用⑷。

按照位置估计原理,无位置传感器控制方法主要分为两类，基于磁路不对称的信号注入方法和基于基波模型的观测器方法⑴。

基于磁路不对称的信号注入方法已在低速范围和静止工况下得到了广泛验证I〕。

然而，该方法位置估计精度取决于磁路不对称的强度，因此无法适用于磁路不对称较弱的表贴式永磁同步电机⑸。

基于基波模型的观测器方法利用电机反电动势⑷或磁链⑵信息，可适用所有类型永磁同步电机。

在传统的基于基波模型的观测器方法中，位置观测器使用来自电流控制器的给定电压。

但是，脉冲宽度调制电压型逆变器(pulse width modulation voltage source inverter,PWM-VSI)的非线性因素，会导致实际相电压畸变和幅值降低，位置估计产生谐波和精度降低®，且在低速范围时该现象更明显。

内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度大、易于弱磁扩速等优势,已经广泛应用于工业、航天、交通和家用电器等诸多传动领域。

无位置传感器(位置自检测)技术能够有效降低系统成本、提高系统可靠性;研究控制精度高、调速范围宽及鲁棒性强的高性能无位置传感器永磁同步电机控制系统具有重要意义。

目前,永磁同步电机无位置传感器控制技术全速度范围运行仍然存在如下核心技术难点:低速高频注入法滤波环节限制了系统动态性能;模型法中位置误差脉动问题;逆变器非线性问题导致转矩(电流)脉动;低载波比运行条件下控制器和位置观测器稳定性问题。

对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行进一步深入研究,并突破上述核心技术难点,对拓宽永磁同步电机无位置传感器控制在工业控制中的应用场合具有重要意义。

适合永磁同步电机无位置传感器低速/零速运行的传统信号注入方法需采用滤波环节实现位置误差信号解耦和转速/位置信息跟踪。

针对滤波环节引入导致系统带宽和动态性能降低,并且高阶滤波器的应用会占用较多系统资源等问题,在分析注入方波电压信号和高频响应电流时序基础上,研究一种无滤波器载波分离策略,同时调整转速观测值获取方式,进而提高系统动态带宽。

针对传统初始位置辨识技术收敛速度较慢,并且基于凸极跟踪的短脉冲电压注入法难于确定脉冲宽度和幅值、实现困难,二次谐波分量法信噪比低的缺点,在不中断方波注入基础上,基于磁饱和效应,通过施加方向相反的d轴电流偏置给定,比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识。

所提出方法收敛速度较快,能够在永磁同步电机转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识。

针对逆变器非线性和磁场空间谐波引起定子电流及反电动势产生1±6k次谐波,进而导致6k次转子位置观测误差脉动问题,在建立考虑反电动势谐波的永磁同步电机数学模型基础上,提出一种基于自适应线性神经元滤波的改进有效磁链模型转子位置观测方法,实现无位置传感器内置式永磁同步电机矢量控制系统准确解耦,改善其控制性能。

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引言在现代工业中，永磁同步电机因其高效率、高功率密度和潜在的节能优势而受到广泛应用。

传统的永磁同步电机控制策略通常需要使用传感器进行转子位置和速度的反馈，然而传感器的使用增加了系统成本和复杂性。

为了克服这些问题，一种新型的无传感器控制策略基于高频信号注入技术应运而生。

本文旨在介绍基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略的研究。

1.高频信号注入原理高频信号注入技术是一种通过在永磁同步电机中注入高频信号来实现转子位置和速度估计的方法。

该技术利用了电机自身的电磁特性，通过对电机绕组施加高频信号，产生与转子位置和速度相关的电信号响应。

这些电信号经过数字信号处理，可以用来估计转子位置和速度，从而实现无传感器的控制。

2.高频信号注入方法为了实现高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制，需要考虑以下几个关键步骤：2.1高频信号注入电路设计高频信号注入电路用于在电机绕组中注入高频信号。

该电路需要提供稳定、高频率的信号，并通过滤波器来阻止高频信号对电机正常运行的干扰。

设计合适的高频信号注入电路能够保证信号注入的可靠性和稳定性。

2.2高频信号注入参数选择在进行高频信号注入之前，需要选择合适的注入参数，包括注入频率、注入信号幅值和相位。

这些参数的选择对于估计转子位置和速度的准确性和稳定性具有重要影响。

通过实验和仿真，可以确定最佳的注入参数。

2.3数字信号处理算法设计高频信号注入产生的电信号需要进行数字信号处理，以获得对转子位置和速度的估计。

数字信号处理算法可以利用离散傅里叶变换、角度解缠算法等方法，通过对信号进行滤波、解缠和运算，得到准确的转子位置和速度估计。

3.实验结果与分析为了验证基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略的有效性，进行了一系列实验。

实验结果表明，该控制策略能够准确估计永磁同步电机的转子位置和速度，并实现闭环控制。

相比传统的传感器控制策略，基于高频信号注入的无传感器控制策略能够大幅降低系统成本和复杂性，并提高控制性能。

郑州大学硕士学位论文永磁同步电动机无传感器矢量控制技术研究姓名:郑宝周申请学位级别:硕士专业:检测技术与自动化装置指导教师:陈铁军20060501・郑州大学硕士论文.其中fVd=月;‘一m。

∥g+p∥d {lV口=R‘一珊。

yd+pyg (2.16厶、厶为定子绕组的直轴电感和交轴电感。

电机的转矩方程为:t=只(y。

‘一∥,L=只.I沙,‘+(厶一‘L‘l (2.17其中:以=三(譬],n为电机极对数。

由PMsM的数学模型可以得到它在d一口坐标系下的等效电路㈣如图2.4所示。

图2-4永磁同步电机在d.q坐标系下等效电路图Fig.24PMSM’s equjvalent circuit diagmm in d-q coordillate在永磁同步电机中,转子磁通恒定不变,所以大多采用转子磁通定向方式来控制永磁同步电动机。

由上面推导过程可知永磁同步电动机的电磁转矩基本上取决于定子d轴电流分量和q轴电流分量。

2.2永磁同步电机矢量控制技术近二十多年来随着电动机的矢量控制、直接转矩控制等技术的问世和计算机人工智能技术的进步,电动机控制理论和控制技术上升到一个新的高度。

目前,永磁同步电动机调速系统以矢量控制为主。

m +.0.~厶k il=d g y y3基于自适应戳链观铡器的无位置传感器检测技术’依据3+1节介绍的观测器状态方程和速度自适应收敛率,用Simulink建立的观测器仿真模型如图3.4所示。

电机的定子电阻、电感等取表3.1中相应值,另取女=1.25,调节器参数.i}。

=8,七.=2.5。

四个输入变量分别为两相静止坐标系下定予电流和定子电压:‘,f。

,k,y。

,输出为速度估计值面,和转子位置估计值臼。

图3.4自适应磁链观测器仿真结构图C0nstrucn鹏ofAdaptive Flux Linkage ObserverFig.3.4Simulation图3.5是采用自适应磁链观测器进行矢量控制的系统仿真图。