基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计

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转子位置估算算法

永磁同步电机（PMSM）转子位置估算算法是控制系统中至关重要的一个环节，因为它直接影响到系统的稳定性和性能。

在实际应用中，常用的转子位置估算方法可以分为以下几类：
1. 基于基波模型和磁场定向控制（FOC）的方法：这种方法通过分析定子电流的基波分量，可以间接估算出转子位置。

首先需要通过反Park变换和反Clark变换将定子电流转换为dq轴电流，然后通过积分计算出dq轴电角度，最后根据电角度与转子位置角的关系求出转子位置。

2. 基于滑模观测器（Sliding Mode Observer, SMO）的方法：滑模观测器是一种非线性观测器，可以通过对定子电流和电压进行积分，估算出转子位置和速度。

这种方法具有较好的动态性能和鲁棒性，但对系统噪声敏感。

3. 基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）的方法：扩展卡尔曼滤波是一种基于递推的估计方法，可以通过对系统模型和噪声协方差进行估计，实现对转子位置和速度的高精度估算。

这种方法具有较强的鲁棒性和抗噪声能力，但计算复杂度较高。

4. 基于高频信号注入的方法：这种方法通过在定子电流中注入一定频率的信号，然后检测转子位置敏感器输出的相位变化，从而估算出转子位置。

这种方法具有较好的实时性和准确性，但对硬件要求较高。

5. 基于单神经元自适应PID控制的方法：单神经元自适应PID控制器可以实现对转子位置和速度的自适应调节，从而实现对转子位置的估算。

这种方法具有较强的鲁棒性和自适应性，但计算复杂度较高。

基于EKF的无位置传感器永磁同步陀螺电机控制方法的研究

重合。转子上装有表贴式的磁钢。对永磁陀螺电
变的条件，建立电机的系统方程及测量方程。
机而言，于空载运行，属因此负载转矩为０。
电机状态空间方程为
一
一
＋
ｒｉｒｓｎ１
Ｐｎ
●
ｐｐｒ
一Ｌ
ｐｉｏｅｏｌｓｗｏｐｓｅｍａｅｔｍａｎｔｇｒｔｒｕｅｎｇｒ —ｔｂｉｚｄｐｌｔｏｎａｒｓａｅａｄａｕｔｔｏｓｔｎｓｎｓｒｅｓｔｈａｅｐｒｎｎｇｅｏｍｏｏｓｄｉｏｓａｌｅａｆｒｉｅｏｐｃｎｂｏｈｅｙｙｉｍ
ａｃｉｖｏｅｒｔｒｐｓｔｎｓｇａｓｃｍｐａｅｏｗｈｔｔｅｔａｔｏａｏｔｏｔｏｓｎｃ — ｎｄａｈｅｅｍｒｏｏｏｉｉｉｎｌｏｏｒｄｔａｈｒｄｉｎｌｃｎｒｌｍｅｈｄｕｉｇＢａｋＥＭＦｏａｈｅｅｉｔｃｉｖ
— —
两相定子绕组电感（相定子绕组电两
转子电角速度；
转子电角度；
０
７１
ＪＪ
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感相等）；
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ｒｌｔｄｓｆｒｎａｄａｅｄｓｇ．ＴｅｅｐｒｎｅｕｔｅｉｅａＦＣＤｍａｅｔｅｍｏｏｔｒｎｐｑｉｅｅａｅｏｔｅａｄｈｒｗｒｅｉｎｈｘｅｉｗａｍｅｔｒｓｌｖｒｉｄｔｔｆｈＥＫａｋｈｔｒｓｔｇｕｕｋｒａｉ

基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制的研究的开题报告

基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制的研究的开题报告一、选题背景与研究意义永磁同步电机(PMSM)是一种广泛应用于工业和民用的高性能电机，具有高效、高速、高精度等优点，成为电动汽车、船舶、风力发电和轨道交通等领域的典型应用。

目前，大多数PMSM控制方法都需要使用位置传感器进行电机转子位置和转速的反馈，从而实现高精度控制。

然而，传感器并非完美的，存在成本昂贵、可靠性低和安装不便等问题，因此带来一定程度的限制。

为此， PMSM无位置传感器控制技术逐渐成为研究热点。

基于卡尔曼滤波器(EKF) 的无位置传感器控制方法主要是通过测量电机轴承的电流来估算电机位置和转速。

该方法能够实时反馈电机的角度信息，从而提高控制的精度和鲁棒性，克服了传感器本身的不足。

二、研究内容和研究方法本项目旨在研究基于EKF的无位置传感器控制方法，在实际应用中实现更高效的PMSM控制。

具体研究内容如下：（1）PMSM控制原理及常用控制方法分析：了解PMSM基本结构、工作原理和通用的控制方法，明确EKF无位置传感器控制方法的优势和适用范围；（2）EKF算法原理及在PMSM控制中的应用：通过文献调研，阅读相关论文和资料，深刻理解EKF算法的基本原理和数学模型，并将该算法应用于PMSM的控制之中；（3）实验设计及仿真验证：基于matlab/simulink平台，搭建PMSM无位置传感器控制系统，进行仿真实验，分析系统的控制精度和稳定性；（4）结果分析和对比：通过实验结果对比和控制性能分析，对EKF 无位置传感器控制方法与常用控制方法在控制性能和实时性方面进行比较和评估；（5）模型优化和系统实现：在对实验结果进行充分分析和总结的基础上，提出优化方案，调整控制系统参数，最终实现PMSM的高性能控制。

三、预期成果本项目旨在通过具有实际应用价值的研究，提出一种高效的PMSM无位置传感器控制方法，以实现更高效、更精准、更鲁棒的PMSM控制。

预计完成以下成果：（1）全面分析常规PMSM控制方法的优缺点，揭示无位置传感器控制方法的优势和应用价值。

优化EKF算法的永磁同步电机参数估算

效地消除因参数误差导致的电流静差。
关键词：永磁同步电机；无差拍电流控制；扩展卡尔曼滤波；电流静差
中图分类号：TM341
文献标识码：A
DOI：
10.19457/j.1001-2095.dqcd19179
Parameter Estimation of PMSM Based on Optimized EKF Algorithm
the output voltage of the deadbeat
current predictve controller model，feedback current of the magnet synchronous motor and the motor
electrical angular velocity were used as the input of the optimized EKF algorithm. Then，
来消除恒定项，从而降低系统对模型参数准确性
的依赖；上述文献均是通过相应的算法增加系统
对模型参数的容许误差来提高系统的稳定性能，
没有进一步研究参数误差对电流静差的影响、提
出消除电流静差的方法。
文献［10］分析了控制器电机模型电感和磁链
误差会引起电流静差，通过在 d 轴电压分量上加
基金项目：国家自然科学基金项目（16051575097）；
电气传动 2019 年第 49 卷第 12 期
入积分补偿，再根据 q 轴电流的响应，动态调整控
制器电机模型磁链参数来消除电流静差；文献
［11］分析了预测控制模型参数误差对电流控制
ELECTRIC DRIVE 2019 Vol.49 No.12
电气传动 2019 年第 49 卷第 12 期

基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计 (1)

另外根据温度和磁通变化的关系曲线在一定程度上反映了转子的温度变化在不需要增加特殊的设备和埋设相应的热敏元件同时对电机的物理结构不十分清楚的情况下也能对电机的温度进行观测和估计由于在正常运行时磁损耗和电损耗一般不相等电机定转子的温度具有一定的梯度分布定子绕组和转子磁钢的温升与定子铁心和转子铁心的温升有一定的差异所以用卡尔曼滤波器估计定转子的电阻磁通变化来实现对电机的温度测量是一种相对经济方便和有效的办法13例如热等效和转子磁通的变化54第11卷第1期2011年3月南京师范大学学报工程技术版journalofnanjingnormaluniversityengineeringandtechnologyeditionvol11no1mar20111温度观测原理考虑到铜材料电导系数的温度特性通过对永磁电机定子绕组电阻当前阻值和额定阻值变化的观测可以间接地求出定子绕组的温度值
Γ( x k ) = I +
u) f ( x ， x
( 6)
T s 为系统采样周期．其中， Δ( x k ) = h ( x ) x =
x = xk
[0 0
1 0
0 1
]．
( 7)
根据物理学定理，定子绕组的电阻和绕组导线的电阻率 ρ 有关，而电阻率 ρ 又和温度 T 和铜线的温度系数 α ρ 有关，他们之间的关系如下: 1 + α ρ ( T － 20 ) ］， ρ T = ρ20 ˑ ［阻率．因此铜线在 20ħ 时的电阻值和其在 Tħ 时的电阻值有: r T = r20 ˑ ［ 1 + α ρ ( T － 20) ］．由此推出永磁电机定子绕组温度值和定子绕组在该温度值下的电阻值为: — 46 — ( 9) ( 8) 式中， α ρ = 0. 004 / ħ 是铜的温度系数; ρ20 是铜材料在 20 ħ 时的电阻率． ρ T 是在温度值为 Tħ 时的铜线电

基于优化EKF的永磁同步电机转速估计

基于优化EKF的永磁同步电机转速估计
王剑;黄植功;许金海
【期刊名称】《广西师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(032)004
【摘要】为了解决在永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制系统中,扩展卡尔曼滤波器在转速估计时系统噪声矩阵和测量噪声矩阵难以较准确获得的问题,提出了一种基于改进粒子群优化的扩展卡尔曼滤波器转速估计方法,该方法融合了粒子群算法与遗传算法的优点,经过实验仿真表明,当将此方法应用于卡尔曼滤波器系统噪声矩阵和测量噪声矩阵寻优时,与遗传算法、标准粒子群算法相比,改进粒子群优化的卡尔曼滤波器能更加迅速地找到较优解.
【总页数】7页(P11-17)
【作者】王剑;黄植功;许金海
【作者单位】广西师范大学电子工程学院,广西桂林541004;广西师范大学电子工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于优化EKF的永磁同步电机转速估计 [J], 曹炎广;王剑平;张果;杨晓洪
2.带有相电压补偿基于EKF的无传感器感应电机转速估计 [J], WANG Da-
fang;LI Qi;ZHANG Peng;JIN Yi;YANG Bo-wen;LIAO Jiang-min
3.基于AEKF的永磁同步电机转速估计算法研究 [J], 何智成; 张振宇; 周兵
4.基于模型参考分数阶自适应转速估计的永磁同步电机控制研究 [J], 刘传国;张宝;刘传乐
5.基于高频方波电压注入法和改进龙伯格观测器的永磁同步电机转速估计的研究[J], 巫庆辉;黄成鑫;侯元祥
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基于优化EKF的永磁同步电机转速估计

广西师范大学学报：自然科学版Journal of Guangxi Normal University: Natural Edition基于优化EKF的永磁同步电机转速估计王剑1，黄植功1，许金海2（１．广西师范大学电子工程学院，广西省桂林市 541004；２．桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西省桂林市 541004）摘要：为了解决永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制系统中，扩展卡尔曼滤波器在转速估计时系统噪声矩阵和测量噪声矩阵难以较准确获得的问题，提出了一种基于改进粒子群优化的扩展卡尔曼滤波器转速估计方法，该方法融合了粒子群算法与遗传算法的优点，经过实验仿真表明，当将此方法应用于卡尔曼滤波器系统噪声矩阵和测量噪声矩阵寻优时，与遗传算法、标准粒子群算法相比，改进粒子群优化的卡尔曼滤波器能更加迅速地找到较优解。

关键字：永磁同步电机；直接转矩控制；无速度传感器；扩展卡尔曼滤波；改进粒子群算法中图分类号：TM341 文献标识码：文章编号：0 引言无速度传感器直接转矩控制系统一直是电气传动领域研究的热点，而实现直接转矩控制系统的关键在于转速的准确获得。

传感器及相关器件的消除，不仅降低了系统成本，而且提高了系统的可靠性。

扩展卡尔曼滤波器（EKF）以其良好的动、稳态性能及噪声鲁棒性，被广泛应用于电机的转速估计中[1-11]。

使用EKF对永磁同步电机进行转速估计的主要问题之一是EKF噪声矩阵的准确获得，如果噪声矩阵选择不当，EKF的性能将受到影响甚至不能正常工作，就目前而言，噪声矩阵的取值尚无确定性的理论依据，通常的方法是经验调整法，该方法实现简单，但费时，过于依赖设计者的个人经验，而且取得的噪声矩阵也不能保证较优。

遗传算法（GA)，作为一种并行随机优化算法，已经证明了其在永磁同步电机直接转矩控制系统EKF性能上的优化[12]，但遗传算法存在易早熟、收敛速度慢、寻优能力差等不足。

标准粒子群算法(PSO)在EKF性能优化上也得到了应用[13]，但其在某些方面依然不尽人意，主要表现在容易陷入局部最优解，收敛精度差等，而本文提出的改进PSO(IPSO)融合了两者的优点，实验仿真表明，改进PSO优化的EKF在永磁同步电机转速估计上，总体性能要优于遗传算法和标准粒子群算法。

基于EKF的永磁同步电机直接转矩控制研究

ＫｅｗｏｄｓＰｅａｅｔｍａｅｙｃｏｏｏｏ；ｔｎｄｄＫａｍａｌｒＤｉｅｔｔｑｏｒｏｙｒ：ｒｎｎｇｔｓｈｎｕｓｍｔｒＥｘｅｅｌｎｆｔ；ｒｃｕｅｃｎｔｌｍｎｎｒｉｅｏｒ
永磁同步电机无速度传感器调速系统因有功率因数高、转子参数可测、定转子气隙大、控制性能好等优点，在数控机床、工业机器人以及航空航天等领域得到日益广泛的应用。卡尔曼滤波器作为基于最小方差估计理论基础上发展起来的一种算法，扩展卡尔曼滤波器提供了一种对非线性系统的状态进行精确估计的解决方案，即直接关注包括系统和测量噪声在内的干扰噪声所带来的影响。ＰＳ推广卡尔曼滤波算法ＭＭ为了便于分析，对永磁同步电动机作以下假设：星形联接的定子三相绕组在空间对称分布，气隙磁动势和磁通的基波在空间作正弦分布，不计铁心饱和，忽略涡流和磁滞损耗。采用ｄｑ转子同步旋转坐标系电机模型，ｄ轴与磁极方向一致。转子永磁磁链为１。数学模型如下。ｌｒ
，
Ｃｈｎ
（ｃｏｌｆｌｔｃＰｗｅ，ｏｔｈｎｎｅｓｙｏＴｃｎｌｙＧａｇｈｕ５４，ｈｎ）ＳｈｏｏＥｅｒｏｒｕｈＣｉＵｉｒｉｆｅｈｏｏ，ｕｎｚｏ１６０ＣｉａｃｉＳａｖｔｇ０
ｐｅｉｅｍａｅｔｃｌｍｏｅ，ｌｉｇｍｏｅｏｅｖｒａｏｔｎｏｗｉｈｎｇａｔｏｄｅｒｃｓｈｔｍａｉａｄｌｓｉｎｄｄｂｓｒｅｓａｃｎｉｕｕｓｓｔｉｃｉｎｏｓｎｏａｅｔｅｃｔｅｉｇｐｏｌｍｎｄｔｃｔｃｕｓｈｈａｔｒｎｒｂｅａｈｅ

基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计

基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计
张忠英;姜晓亮;孙频东;Zhu Z Q
【期刊名称】《南京师范大学学报（工程技术版）》
【年(卷),期】2011(011)001
【摘要】选dq坐标下的电机模型,用3阶EKF算法,来估计电机定子绕组的电阻值和转子磁体的磁通量,和静态时20℃室温下测得的定子绕组阻值和转子磁通量作比较,进而计算出对应的电机定子绕组和转子绕组的温度值.电阻值估计和磁通估计分别独立进行,通过对实验电机的实际测量和估计值进行比较具有较好的一致性.【总页数】6页(P45-50)
【作者】张忠英;姜晓亮;孙频东;Zhu Z Q
【作者单位】南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京,210042;南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京,210042;南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京,210042;Department of Electronic and Electrical Engineering, University of Sheffield, UK
【正文语种】中文
【中图分类】TP395
【相关文献】
1.基于电阻法的牵引电机定子绕组温升计算的不确定度分析 [J], 王志峰;王雅婷;周毅
2.基于直流电压注入的永磁同步电机定子绕组温度在线估计 [J], 刘平;孙千志;叶津;
涂春鸣;阳维龙
3.基于热网络模型和参数估计的感应电机定子绕组温升测试方法 [J], 王欣; 张旭东; 范骐铭
4.定子绕组温升的间接测定——用空载温升和恒电流短路试验来决定定子绕组的温升 [J], 常寧
5.基于EKF的永磁同步电机转子位置和速度估计 [J], 江俊;沈艳霞;纪志成
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于EKF的无位置传感器永磁同步电机转速估计

基于EKF的无位置传感器永磁同步电机转速估计摘要：本文利用扩展卡尔曼滤波（EKF）为理论基础，对无位置传感器永磁同步电机的转速进行估算从而达到对电机转速和转矩的精确控制，用MATLAB软件进行了仿真对比，并对在电机空载，有转矩扰动和急加速工作条件下的估算准确性进行了分析。

实验结果表明EKF对电机转速估算有良好的稳态和动态响应特性。

关键词：永磁同步电机；无传感器控制；扩展卡尔曼滤波；MATLAB仿真1.永磁同步电机（PMSM）的数学模型PMSM的最大特点就是使用了可以产生永久磁场的永磁体作为主磁场，这样就取代了转子的励磁机构，可以把转子的永磁磁场转化为等效的励磁电感和励磁电流。

电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

这里假设：1）三相绕组对称；2）忽略磁路饱和；3）忽略铁损的影响。

4）电机转子电气角速度相对于采样周期变化非常缓慢，因此得到的d-q轴旋转坐标系下的数学模型为：其中x为状态变量，A为状态转移矩阵；B为输入控制矩阵；C为输出控制矩阵。

T为采样周期，Vk和Wk分别为系统噪音和测量噪音，它们都是正态分布的零均值白噪音，其协方差矩阵为cov(V)=E{VVT}=Q; cov(W)=E{WWT}=R.2.系统仿真模型和实验结果本文使用了仿真软件Matlab中的Simulink组件中的表贴式永磁同步电机模型，具体的电极参数如下：电机额定功率：2.2 Kw（3Hp）；电机电阻：Rs= 0.2 Ω；电机及对数：np= 4 ；电机定子电感：Ld=Lq= 0.0085 H；转子励磁磁链：Ψf= 0.175 Wb；电机转动惯量：J= 0.089 kg/m2建立无位置传感器永磁同步电机的整套控制系统。

如图中所示，主要的控制策略采用永磁同步电机较为常用的使d轴电流为0的矢量控制策略，这种控制方法可获得最大的转矩电流比，而且控制方法比较简单容易实现，有利于提高仿真效率。

在所构建的控制系统中，加入了转速和电流的双PI调节器的闭环控制系统，通过两个调节器的输出产生参考电压和电流值，对实际的电压电流值就行调节修正。

永磁同步电梯的检验方法及电机温升分析

永磁同步电梯的检验方法及电机温升分析一、导言在现代经济和社会生活中，电梯已经成为不可或缺的一部分，它的安全可靠运行，对整个社会起着重要的作用。

永磁同步曳引机具有优良的低速，大转矩特性，被广泛应用在电梯中。

本文就永磁同步电梯的检验方法及电机温升特性展开探究。

二、永磁同电动机特点永磁同步电动机的定子与一般的异步电机几乎相同，其转子结构与异步电机的转子相比多了一套永磁体，其结构随永磁材料性能不同和应用领域的差异而不同。

由于剩磁密度Br和矫顽力Hc等技术参数的不同，磁极结构有所不同。

电梯技术上应用的稀土永磁同步电机常做成瓦片式，贴在转子的表面，或嵌在转子铁心中，分内转子型和外转子型两种。

此外，永磁同步曳引系统没有减速箱，不存在机械摩擦、机械振動、齿廓磨损产生的噪声，没有漏油和废弃油的处理问题。

整机的噪音降低，无齿轮曳引无齿廓磨损问题，可以做到少维护或免维护。

三、永磁同步电机的检验方法（一）检验类型与流程1/ 5随着时代的发展，电梯的检验工作越来越受到人们的关注。

电梯检验是指对的安全运行状况进行检验检查，排除安全隐患，确保乘客的安全。

永磁同步电梯检验依据《电梯监督检验和定期检验规则一曳引与强制驱动电梯》。

通常的电梯检验分为监督检验和定期检验。

监督检验是指由国家质量监督检验检疫总局核准的特种设备检验检测机构，根据《电梯监督检验和定期检验规则曳引与强制驱动电梯》规定，对电梯安装、改造、重大维修过程进行的监督检验。

定期检验是指检验机构根据本细则规定，对在用电梯定期进行的检验。

检验的基本程序是：检验申请的受理一检验准备一现场检验一出具《特种设备检验意见通知书》（包括缺陷及其处理和检验结果汇总）一出具检验报告、《特种设备检验合格》标志一资料归档。

（二）现场检验现场检验主要包含以下几个方面：紧急照明和报警装置的检验：当电梯内正常照明电源出现故障时，能够自动接通紧急照明电源；紧急报警装置应采用对讲系统以便与救援人员随时保持联系；运行检验：电梯分别空载、满载时以正常的运行速度上行、下行时，楼层显示信号系统正常指示、无异常现象发生；电梯速度检验：当对电动机施以额定电压时，将电梯测速仪放入轿厢内，全程上、下运行。