永磁同步电机系统的无速度传感器研究

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。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制
永磁同步电机具有高效节能、响应速度快等优良性能，因此在工业控制中被广泛应用。

传统的永磁同步电机控制往往需要采用传感器进行位置和速度测量，这不仅增加了成本，
还会降低系统可靠性。

因此，研究无传感器控制策略，对于降低系统成本和提高系统性能
至关重要。

本文基于滑模观测器提出了一种永磁同步电机无传感器控制策略。

首先，对永磁同步
电机进行建模，并采用励磁电流转子磁链定向控制（FOC）技术进行电机控制。

在此基础上，通过引入滑模观测器，实现了无传感器的位置测量和速度测量功能。

滑模观测器通过构造一个滑动面实现对电机状态量的估计。

具体来说，滑动面的设计
需要满足两个条件：一是系统状态变化率与滑动面法向的内积小于等于零；二是系统状态
变量在滑动面上的变化率能够表示系统运动的特征。

通过不断调节滑动面参数，使得滑动
面法向趋于零，进而实现对系统状态量的精确估计。

本文在MATLAB/Simulink仿真环境下，对提出的无传感器控制策略进行了验证。

仿真
结果表明，该策略能够有效地实现对永磁同步电机的位置和速度测量，同时具有抗扰性强、动态响应快等优良特性。

与传统的基于位置传感器的控制方法相比，所提出的无传感器控
制策略能够降低系统成本，提高系统性能。

总之，本文提出了一种基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制策略。

该策略可
以实现对电机位置和速度的精确估计，具有抗扰性强、动态响应快等优良特性。

未来，可
以进一步研究如何将该策略应用到实际的永磁同步电机控制中，并进行实际测试和验证。

电机j i l统节能永磁同步电机无传感器调速系统中E K F参数的调试张敏1，2陈志辉1(1．南京航空航天大学航空电源鬟点实验室，南京210016；2．淮阴工学院电予信息工程系，江苏淮安223001)摘要呆掰扩震卡尔受滤渡器《EK F)在倍算永磁瑟步电褰橇(PM SM)转予位置瑷及转速时，撩方差参数的确定一直是一个难点，必须通过多次仿真实验才可以确定，本文提出了一种綦予标幺制的参数调试方法，只需要在一定范围内调试两个参数，印可确定协方差矩，阵保证系统稳定工作．关键词：泰墩同步电动帆；扩震卡尔曼滤波器(嚣圆；标幺钢；转速估算E K F卧m i ng i n Sens or l es s Per m ane nt M agnet Synchr onous M ot or D r i ve sZ hang M i nl2C h en Z hi hui l《l。

A e ro-Pow er Sci-T e ch Cent er,N anj i ng U ni ver s i t y A er ona ut i cs and A st ronaut i cs，N anj i ng210016：2．TheD epam nent of Electr onic&Inf or m ati onEn咖eerm g，I{嘶yinl nsdt ut eof Technol ogy，H uaian，Ji angsu223003)A bs t r act In t r adi t i ona l ext ended K al m a n f il t er(毯I浮)technol ogy f or r ot or s peed and posi t i one st i m a t i on of per m anent m agn et synchr onous m ot or(PM SM)，t he c hoi ce of t he E K F covari ance m at r i c esi s nodus，ge ne ra l l y ob t ai ned w i t h t r i al—and—er r or．A t uni ng m et hod bas ed on t he per—uni t s yst em of t heE KF al g or i t hm re pres e nt at i on is pr es ent ed i n t he pa pe r．I n t hi s w ay，cov ar i an ce m at r i c es ar e ob t ai ned byt uni ng t w o param et er s i n de f i ni t e r ange，S O as t o e n s ur e t he s ys t em oper at i ng st eady。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制滑模观测器是一种常用的控制算法，可以实现无传感器控制永磁同步电机。

以下是关于基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制的详细介绍。

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种常用的高性能电机，具有高效率、高功率密度和高控制精度的特点。

传统的PMSM控制方法需要使用位置传感器来获取电机转子位置信息，但传感器会增加系统复杂性和成本。

无传感器控制方法可以在不使用位置传感器的情况下实现精确的电机控制。

滑模观测器是一种基于滑模理论的观测器算法，可以估计系统状态变量。

它通过设计一个滑模面，使得系统状态在滑模面上滑动，通过测量滑模面上的滑模变量，可以估计未测量的系统状态变量。

在PMSM无传感器控制中，滑模观测器可以估计电机转子位置信息，从而实现电机控制。

PMSM无传感器控制的基本步骤如下：1. 设计滑模观测器：根据电机数学模型和系统要求，设计一个滑模观测器，用于估计电机的转子位置和速度。

滑模观测器的设计需要考虑系统的稳定性和精度要求。

2. 控制电流环：通过控制电机的相电流，可以实现对电机转子位置和速度的控制。

根据滑模观测器估计的转子位置和速度信息，设计电流环控制算法，使得电机相电流能够实时跟踪设定值。

4. 进行系统仿真和实验验证：根据设计的控制算法，进行系统仿真和实验验证。

通过对比仿真结果和实验结果，评估控制系统的性能和稳定性。

如果需要，可以对算法参数进行调优，以进一步优化系统性能。

基于滑模观测器的PMSM无传感器控制可以实现高精度的电机控制，降低了系统的复杂性和成本。

滑模观测器的设计和参数调优是一个复杂的过程，需要充分考虑系统的动态特性和实际应用要求。

在实际应用中，需要进行充分的研究和实验验证，以确保控制系统的稳定性和可靠性。

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。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制一、引言近年来，永磁同步电机无传感器控制技术得到了广泛关注和研究。

永磁同步电机具有高效率、高功率密度、响应速度快等优点，因此在许多领域得到了广泛应用，比如工业生产、交通运输、航空航天等领域。

永磁同步电机的控制需要精密的传感器和复杂的控制算法，这增加了系统的成本和复杂度。

研究无传感器控制永磁同步电机的技术对于降低成本、提高可靠性和提高系统性能具有重要意义。

滑模控制是一种强大的控制方法，具有对参数不确定性和外部扰动的强鲁棒性以及对非线性系统的优良控制性能。

滑模观测器是在滑模控制的基础上发展起来的一种状态估计器，能够实现对电机状态的观测和估计，从而实现无传感器控制。

本文将探讨基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制技术，包括控制系统的设计、模型建立、滑模观测器的设计等内容。

二、永磁同步电机的数学建模永磁同步电机是一种多变量、非线性、强耦合的系统，其数学模型可以表示为：\[\begin{cases}\dot{x} = Ax+Bu \\y = Cx\end{cases}\]\(x\)为状态变量向量，\(u\)为输入电压向量，\(y\)为输出向量，\(A\)、\(B\)、\(C\)为系统的状态方程、输入方程和输出方程的系数矩阵。

对于永磁同步电机系统，它的动态方程可以表示为：\[\begin{cases}\dot{\Omega} = \frac{1}{J}(T_e - T_L - f\Omega) \\\dot{I}_d = \frac{1}{L_d}(V_d - R_dI_d - \Omega L_q I_q - E_p) \\\dot{I}_q = \frac{1}{L_q}(V_q - R_qI_q + \Omega L_d I_d - E_p) \\\dot{\lambda}_m = -\frac{1}{\tau}(\lambda_m - \lambda_m^r)\end{cases}\]\(\Omega\)为转速，\(T_e\)为电磁转矩，\(T_L\)为负载转矩，\(f\)为摩擦阻尼系数，\(I_d\)、\(I_q\)为直轴和交轴电流，\(V_d\)、\(V_q\)为直轴和交轴电压，\(R_d\)、\(R_q\)为直轴和交轴电阻，\(L_d\)、\(L_q\)为直轴和交轴电感，\(E_p\)为励磁电动势，\(\lambda_m\)为磁链，\(\lambda_m^r\)为参考磁链，\(\tau\)为时间常数。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制【摘要】本文介绍了基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法。

首先对永磁同步电机的结构与工作原理进行了介绍，然后对传统的控制方法进行了分析。

接着详细讲解了滑模观测器的原理与特点，以及如何应用于永磁同步电机控制中。

在此基础上，给出了一种基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法，并进行了仿真与实验验证。

最后在结论部分总结了本文的研究成果，并展望了未来的研究方向。

本研究为永磁同步电机控制领域提供了一种新的思路和方法，具有一定的实际应用意义。

【关键词】永磁同步电机、滑模观测器、无传感器控制、仿真、实验、结论、展望、局限性、研究方向1. 引言1.1 背景介绍本文将结合永磁同步电机的结构与工作原理、传统的控制方法、滑模观测器的原理与特点，探讨基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法，并通过仿真与实验结果验证其有效性和性能。

通过本文的研究，有望为永磁同步电机的控制领域提供新的思路和方法。

1.2 研究意义永磁同步电机是一种在现代工业中广泛应用的电机类型，具有高效率、高性能和高可靠性的特点。

对于永磁同步电机的无传感器控制方法的研究具有重要的意义。

传统的永磁同步电机控制方法需要额外的传感器来获取电机运行状态信息，增加了系统的复杂度和成本。

而基于滑模观测器的无传感器控制方法可以实现对永磁同步电机的高精度控制，提高了系统的稳定性和鲁棒性。

研究这种控制方法可以为永磁同步电机在工业应用中的推广提供技术支持，降低了系统的成本和维护成本。

研究基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法具有重要的实际意义和应用前景。

1.3 研究现状目前，针对永磁同步电机无传感器控制的研究已经取得了一些进展。

基于滑模观测器的控制方法被广泛应用于永磁同步电机控制领域。

滑模观测器通过模拟系统动态特性，实现了对电机状态的准确估计，从而不仅可以实现无传感器的电机控制，还能提高系统的鲁棒性和稳定性。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法成为了一种有效的解决方案。

永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展探讨摘要：永磁同步电机无位移传感器系统，其利用检测电机的定子侧电压和端电压算出转子位移，取代了传统的机械位移传感器系统，不但减少了成本，同时增加了控制精度和可靠性。

本文基于永磁同步电动机发展现状，分析无传感器永磁同步电机工作存在的问题，总结不同转速下的无位置传感器控制技术。

关键词：永磁同步电机；无传感器；控制技术无传感器的永磁同步电机，是在电动机转子与机座之间不配备电磁或光电传感器的情形下，运用电动机绕组中的有关电讯号，采用直接计量、参数识别、状态评估、间接检测等技术手段，在定子边比较简单检测的物理性质量如定子压力、定子电流等中抽取出与转速、位移速度相关的物理性质量，再运用这些检测到的物理性质量和电动机的数学模型测算出电动机转子的位移与速度，从而代替了机械传感器，实现电动机的闭环控制。

1.永磁同步电动机无传感器控制技术存在的问题高性能的交流调速传动系统通常要求在定子轴上装设机械式传感器，以检测相应的定子转速与位移。

这种机械式传感器，通常包括了解码器（Encoder)、解算器（Resolver）和测速发动机（Tacho-meter)。

机械式传感器可以满足发电机所需要的转动信息，但同时也对传动系统设计造成了一些困难。

机械式传感器加大了在发电机定子上的转动惯量，从而增大了发电机的空间大小和重量，而使用机械式传感器为测量转子的速度和位移，需要另外增设了发电机和控制器相互之间的连线和端口电路，使系统更易受影响，从而大大地降低了准确性。

受设备式传感器使用环境（如温度、湿度和振动）的影响，驱动控制系统并无法普遍应用于所有场所。

机械式传感器以及配套电路大大提高了传动系统的生产成本，而一些高精度传感器的售价甚至能够和马达本身售价比较高。

为解决大量采用机械式传感器给传动系统所造成的问题，不少专家都进行了无机械式传感器交流传动控制系统的研发。

无机械式信号交流变速控制系统是指根据使用电器绕组的所有电讯号，并采用适当方式估计出转动的速率和方位，以替代机械式信号，进行交流传动控制系统的循环调节。