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摘要永磁同步电机(PMSM)因其体积小、效率高、能量密度高等特点，已经在工业生产、日常生活、新能源汽车等领域中得到了广泛的应用。
常用的永磁同步电机控制策略都需要实时获知转子的位置，目前一般是通过角度传感器来获得转子位置，但与此同时，带有角度传感器的控制系统往往需要控制系统提供额外的接口电路，而且需要考虑传感器的稳定性和成本等问题，一些工作情况比较恶劣的情况下甚至不允许系统加装传感器。
鉴于这些原因，无位置传感器的PMSM控制成为当前需要解决的一个问题。
本文针对这一问题，研究了基于高频信号注入法的PMSM无位置传感器的控制策略。
本文首先分析了PMSM的基本结构以及数学模型，然后介绍了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的理论。
在SVPWM的基础上，介绍了PMSM的矢量控制，即通过坐标变换解耦，把控制系统的励磁分量和转矩分量单独控制。
在矢量控制系统的大框架下，介绍了高频信号注入法的基本工作原理，即在电机的基波电压中注入幅值远低于直流总线电压、频率远高于转子电角度频率的正弦信号，然后对高频信号激励下的定子电流进行采样，通过滤波器获得含有转子位置的高频信号，再通过一系列数学运算解算出转子位置。
在这些理论基础上，建立了旋转高频注入法和脉振高频注入法的MATLAB/Simulink模型，仿真结果表明两种高频注入法都能较好的跟踪转子位置。
设计了以MKV46F256VLH16为核心的PMSM无位置传感器控制系统，并在图形化上位机FreeMASTER平台运行了基于脉振高频注入法的实验，得到了详细的实验波形和数据。
论文最后通过仿真和实验结果，得出结论。
关键词：永磁同步电机 无位置传感器 矢量控制 高频注入法AbstractPermanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) has been widely used in the field of industrial production, daily life, new energy vehicles and so on due to its small volume, high efficiency, high energy density, etc. In general, common control strategy for PMSM needs real-time rotor position, which is usually obtained by rotor position sensor. Meanwhile, control system with position sensor should offer additional interface electric circuit, and the stability and cost of position sensor should be taken into consideration. In addition, position sensor could not be installed in harsh situation. In consideration of these reasons, sensorless control system for PMSM need to be proposed. This paper aims at this issue and studies strategy of sensorless control on PMSM based on high frequency signal injection.This paper analyzes the basic structure and mathematic model of PMSM, and introduces the theory of Space Vector Pulse Width Modulation(SVPWM). B ased on SVPWM, vector control system of PMSM is introduced, which decouples excitation and torque variable using coordinates transform, so two variables could be controlled alone. Basic principle of high frequency signal injection is introduced based on the frame of vector control. Sinusoidal signal is injected into motor basic voltage, whose amplitude is far below dc bus voltage and frequency is far higher than rotor electrical frequency. After sampling stator current which is generated by high frequency injection, high frequency signal with rotor position information could be obtained by filter. Rotor position could be solved with mathematic operation by high frequency signal. Based on these theoretical analysis, MATLAB/Simulink model of rotating high frequency signal injection and fluctuating high signal frequency injection are built, which have superior performance on rotor position trace. At last, a sensorless PMSM control system experiment platform is designed, which uses the MKV46F256VLH16 chip as the core component, and experiment of high frequency signal injection is operated on graphic upper-computer FreeMASTER, and detailed experimental waveforms and data are obtained.Finally, this paper draw a conclusion based on simulation and experiment.Keywords：PMSM; Sensorless; Vector Control; High Frequency Signal Injection目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................... I I 目录. (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2国内外发展现状及分析 (3)1.3本文主要研究内容 (5)第二章PMSM的数学模型与控制 (7)2.1永磁同步电机的基本结构 (7)2.2 PMSM的数学模型 (8)2.3 SVPWM算法的原理与实现 (12)2.4 PMSM的矢量控制 (15)2.5本章小结 (17)第三章高频信号注入法的PMSM无位置传感器控制 (18)3.1 高频激励下的PMSM数学模型 (18)3.2 旋转高频电压注入法的PMSM无传感器控制 (20)3.3 脉振高频电压注入法的PMSM无传感器控制 (23)3.3.1 脉振高频电压注入法的基本原理 (23)3.3.2 基于跟踪观测器的转子位置估计方法 (25)3.3.3 基于PLL转子位置估计方法 (26)3.4 转子极性判断 (28)3.5 本章小结 (30)第四章高频注入法的Simulink仿真 (32)4.1 基于SVPWM的FOC控制算法仿真 (32)4.1.1 SVPWM算法仿真模块 (32)4.1.2 基于SVPWM的FOC控制算法仿真 (35)4.2旋转高频电压注入法系统仿真 (37)4.3脉振高频电压注入法系统仿真 (41)4.4 两种高频注入法的比较 (43)4.5 本章小结 (43)第五章PMSM无传感器矢量控制系统设计 (45)5.1 系统硬件结构 (45)5.1.1 主控制芯片 (46)5.1.2 电源电路 (46)5.1.3 IPM功率电路 (48)5.1.4 信号采集电路 (49)5.1.5 通信电路 (51)5.2 系统软件结构 (51)5.2.1 主程序设计 (52)5.2.2 中断子程序设计 (52)5.2.3 SVPWM程序设计 (53)5.2.4 PID程序设计 (54)5.2.5 脉振高频注入法检测转子位置程序设计 (55)5.3 基于高频注入法的无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统试验 (56)5.4本章小结 (60)结论与展望 (61)参考文献 (63)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (67)致谢 (68)第一章绪论第一章绪论1.1研究背景能源一向是人类生活、工业生产必不可缺的物质根本。
第7期 2011年7月工矿自动化Indust ry and M ine A uto mationNo.7 Jul 2011文章编号:1671-251X(2011)07-0057-05基于双PWM 调节的PMSM 无传感器低速控制技术任巨庸1, 谷善茂2(1.开滦(集团)蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿,河北张家口 075713;2.潍坊学院信息与控制工程学院,山东潍坊 261061)摘要:针对PM SM 扩展卡尔曼滤波无传感器控制时低速性能不佳的问题,提出了一种基于双PWM 调节的PM SM 无传感器低速控制技术。
该技术是把逆变器前的直流部分纳入调节范围,依据给定速度及转矩完成直流母线电压的按需调节。
借助M atlab/Simulink 工具,在同等电压级别输出情况下,对采用双PWM 调节器和直流母线电压固定两种情况进行了仿真实验,并在DSPACE 1103系统上对仿真结果进行了验证。
结果表明,采用双PWM 调节器后,扩展卡尔曼滤波器系统在低速时也能获得良好的控制性能。
关键词:永磁同步电动机;双PWM 调节;无传感器控制;扩展卡尔曼滤波 中图分类号:TD614 文献标识码:ALow speed Sensorless Cont rol Technology of PM SMBased on Dual PWM RegulatorsREN Ju y ong 1, GU Shan mao2(1.Cuijianzhai Mine of Yuzhou M ining Co.,Ltd.of Kailuan Group,Zhangjiakou 075713,China.2.Depar tm ent o f Information and Control Eng ineering of W eifang University,W eifang 261061,China) Abstract :In order to im pro ve the po or performance o f sensor less co ntrol of PM SM using ex tended Kalman filter at low speed,the paper propo sed a no vel low speed sensor less contro l technolog y of PM SM based on dual PWM reg ulators.The technolog y takes DC part before the inverter into the adjustment range and realizes dem and based reg ulation of DC bus voltage according to g iven speed and to rque.At the sam e level of output voltage,the case o f using dual PWM reg ulator s and the one of using fix ed DC bus vo ltag e w ere simulated in M atlab/Simulink,and the simulation result w as v er ified by DSPACE 1103system.T he ex perimental results show ed that ex tended Kalm an filter system can get go od control perform ance at low speed by use of dual PWM regulato rs.Key words :PM SM,dual PWM regulation,senso rless co ntro l,extended Kalman filtering 收稿日期:2011-04-11作者简介:任巨庸(1967-),男,河北唐山人,工程师,研究方向为电力电子与电力传动。
基于高频方波信号注入的PMSM无传感器低速运行研究王莉娜;郝强【摘要】目前,永磁同步电机(PMSM)无位置传感器运行研究受到广泛关注.采用一种基于高频方波信号注入的方法实现PMSM无位置传感器启动以及低速运行.首先详细分析了高频方波信号注入检测原理,然后对注入的高频方波信号以及电流采样模式进行了改进.向估计的两相旋转坐标系注入高频方波电压信号,根据检测到的定子电流并结合注入的电压信号即可获得转子位置,并且利用电机的磁路饱和特性,实现转子初始位置检测.所提出的改进方法不依赖于准确的电机参数,信号处理过程简单易实现.仿真结果验证了该方法的正确性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2015(045)006【总页数】6页(P20-25)【关键词】永磁同步电机;无传感器控制;高频方波注入;Luenberger观测器【作者】王莉娜;郝强【作者单位】北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191;北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TM341与传统的PMSM控制策略相比，无位置传感器控制减少了机械式位置速度传感器，更能满足高可靠性、低成本以及高温高湿等恶劣环境运行等特殊要求［1］，具有良好的发展前景，因而已经成为电机控制研究领域热点之一。
目前，PMSM无速度传感器低速运行控制算法主要是基于高频信号注入检测法［2］。
该方法不依赖于电机参数，适合于电机无速度传感器低速运行。
传统的高频信号注入法，向电机定子绕组中注入高频正弦信号，通过检测定子电流中的高频信号成分获取转子位置信息［3］。
这种方法信号处理过程复杂，对硬件电路要求较高，并且需要使用滤波器，会带来时间延迟和幅值畸变，工程实现复杂。
为了解决这一问题，文献［4］提出了用高频方波信号代替高频正弦信号注入到电机中，并给出了几种可以注入的方波类型。
这种注入方法无需对高频电流响应进行解调和滤波，很大程度上简化了信号处理过程。
155中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.01 （上）永磁同步电机(PMSM)在构造、稳定性和效率很多方面优势明显，但定向磁场的方式往往是通过在电动机转轴上安装一个传感器，提高系统的成本同时，尤其还影响了系统的稳定性、可靠性和维护性。
基于此，本文提出的方案旨在实现PMSM 的无传感器控制。
永磁同步电机先前的无传感器控制其转子角度估算的方法主要有两种：一种是基于反电动势的估算方法，通过估算反电动势推算出转子的位置；另一类是通过高频信号注入的方法，在永磁同步电机定子绕组中注入特定的高频电压信号，然后检测电机中对应的电流反馈信号来确定转子位置，利用电机的凸极性来实现转子位置的估算，对电机参数的变化不敏感，具有较好的低速性能。
本文提出了一种基于向定向绕组注入方波信号估算转子位置的控制方案，以提高整体的计算性能。
采用高频正弦波方式，因为转子位置很难精确地估计。
随着全新信号估算器的使用，当满足给定要求时，即可以实现无传感器的PMSM 控制。
1 创设PMSM 数学模型（高频的信号激励）永磁同步电机的数学模型如下所示：假定在定子α-β静态参考系下：+ （1）经过采样离散化以后，数学模型变为：基于方波高频信号注入的PMSM 无传感器控制马媛媛（青岛酒店管理职业技术学院，山东 青岛 266100）摘要：本文提出了一种通过向定子绕组注入方波信号估算转子位置的控制方式。
首先建立低转速高频信号激励下的永磁同步电机的数学模型，通过往d 轴方向上注入高频方波电压信号，通过全新的高频信号角度估算器，可以将零速或低速时转子的角度和速度估算出来。
实验结果表明，该方法能准确地估计转子位置，实现无传感器永磁同步电机的控制。
同时相比于传统的注入高频正弦波的方式，方波信号估算器设计更简单，计算量更少。
关键词：永磁同步电机；高频注入；无传感器；矢量控制中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）01（上）-0155-02设置纵横向肋，采取分别加工的方法，进行现场拼装作业。
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
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2009(39)1
【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、不易维护等同题,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.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】徐艳平;王海垠;钟彦儒
【作者单位】西安理工大学,电气工程系,陕西,西安,710048;西安理工大学,电气工程系,陕西,西安,710048;西安理工大学,电气工程系,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制 [J], 陈飞;白连平;张巧杰
2.基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机无位置传感器控制研究综述 [J], 马硕尧;王长全;;
3.基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机开环矢量控制 [J], 黄其福
4.基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机开环矢量控制 [J], 黄其福
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;翟祥林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制刘颖;周波;冯瑛;赵承亮【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)007【摘要】针对转子磁钢表贴式永磁同步电动机（SPMSM）,提出了一种基于脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制的新方法。
其原理是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流,通过检测交轴电流环PI调节器的输出电压量,获得含有转子位置估计误差的信号,对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角,从而实现无位置传感器控制。
对该方法进行了理论分析、仿真与实验验证,结果表明该方法在低速和零速下均能准确地检测电动机转子的位置和速度,相较于脉振高频电压信号注入法,所提出的方法结构更简单,且稳定性更高。
【总页数】7页(P139-145)【作者】刘颖;周波;冯瑛;赵承亮【作者单位】南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.基于脉振高频电流注入法的SPMSM初始位置检测方法 [J], 陈建松;柏文杰;周融;刘丽东;刘兵;魏佳丹2.基于脉振高频注入的永磁同步压缩机无位置传感器控制 [J], 黄翰3.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 [J], 宋同月;颜建虎;应展烽;池松;周怡4.基于脉振高频电流注入法的SPMSM初始位置检测方法 [J], 陈建松[1];柏文杰[1];周融[1];刘丽东[2];刘兵[3];魏佳丹[3]5.基于高频电流注入法的SPMSM初始位置检测 [J], 李成飞;沈博文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
对于PMSM实现全速范围无传感器控制技术的混合控制策略研究Research on hybridcontrol strategy for PMSM realizing sensorless control technology in full speed range王 卫，阳鹏飞，陈 瀚(湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412008)摘 要：对于在永磁同步电机（PMSM）中无传感器控制技术调速范围具有局限性，提出了一种结合滑膜观测器法和高频电压信号注入法的控制策略，实现永磁同步电机（PMSM）在无传感器控制技术下的全速范围控制。
当PMSM处于中、高速范围内时，采用滑膜观测器法来估算转子速度和位置；在零、低范围内时，采用高频信号注入法弥补滑膜观测法的不足；当低速与中高速进行切换时，采用线性加权平均法实现平稳过度。
仿真结果表明：结合滑膜观测器法和高频注入法的混合模式能够有效降低两种算法进行切换时的抖动，能够很好的实现永磁同步电机在全速范围内的平滑控制。
关键词：永磁同步电机；无传感器控制技术；高频电压信号注入法；滑膜观测法；线性加权平均法0 引言永磁同步电动机作为工业驱动领域的重要基础部件，具有可靠性高，体积小，效率高，节能，转矩相对低的优点。
随着电机控制技术的不断更新和传感器技术的快速发展，要求PMSM 的性能也需要更加稳定可靠。
然而，控制方法是提高永磁同步电动机性能的关键因素[1]。
因此，研究永磁同步电动机的控制方法具有重要的现实意义。
永磁同步电动机的无传感器控制策略是基于永磁同步电动机的基本模型对定子绕组的电压和电流进行采样，以实现转子位置和转速的估算，但这些方法只在一定的转速范围内适用，对于在全范围内的无传感器控制却研究甚少[2]。
针对上述存在的问题，提出了一种基于全程调速的永磁同步电机无传感器控制策略。
当PMSM 以中速和高速运行时，滑动观察器用于跟踪和估计转子的位置和速度。
