基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测_蔡名飞
基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法
基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法李文真;刘景林;陈双双【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)低速段无传感器位置检测技术中,传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点,提出一种新的位置误差提取方法.该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法,降低了系统对于采样误差的敏感性.首先,向估计的d轴注入高频方波电压,通过电流传感器得到高频电流响应;然后,利用傅里叶分解将估计的q轴电流响应分解为不同频率的正弦信号之和,将其与固定频率余弦调制波相乘后,经过低通滤波器得到转子位置误差,再通过位置跟踪器得到转子位置初始值;最后,基于磁路饱和效应,通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识.仿真和实验结果表明,所提方法收敛速度快,对采样频率没有过高要求,对采样误差不敏感,相位延迟很小,并具有较高的检测精度.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)024【总页数】9页(P5821-5829)【关键词】高频方波信号注入;永磁同步电机;位置检测;傅里叶分解【作者】李文真;刘景林;陈双双【作者单位】西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的出现大大提高了现代电力驱动系统的效率、功率密度和动态性能，为进一步降低成本、增强鲁棒性以及扩宽PMSM控制系统的应用领域，PMSM无位置传感器控制技术已经成为电机控制领域的研究热点[1,2]。
在早期的研究阶段，只有基于反电动势的位置检测方法被应用于PMSM控制系统中，这些方法只在中速和高速时运行良好，而当电机处于低速和零速时，会由于反电动势太小而失效[3,4]。
随着无传感器控制系统对电机起动和低速运行时高动态性能需求的不断增加，高频信号注入法应运而生，它利用电机转子的结构凸极或饱和凸极效应，通过向电机定子绕组通入高频电压信号，提取包含转子位置信息的高频电流响应，解调后得到转子的位置信息。
基于高频旋转电压注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制
基于高频旋转电压注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制张伯泽;阮毅【摘要】对基于高频旋转电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器矢量控制策略进行了研究.向IPMSM注入高频旋转电压矢量,应用IPMSM的高频模型,推导出高频电流响应.提出了一种高频电流信号提取方案,从高频电流响应中估算出IPMSM的位置.提出的控制策略可以实现IPMSM从极低速0.5 Hz到高速的宽范围工作.大量的仿真结果表明:提出的控制策略有良好的动态响应和稳态响应,位置和转速估算有较高的精度,系统有较强的鲁棒性,IPMSM在极低速下运行良好.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)007【总页数】5页(P12-15,20)【关键词】内置式永磁同步电机;高频旋转电压注入;矢量控制;无位置传感器控制【作者】张伯泽;阮毅【作者单位】上海大学,上海200072;上海大学,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机因其体积小、重量轻、响应快、损耗小、功率密度大和效率高等优点获得了广泛应用[1-2]。
通常情况下，对永磁同步电机转速和转矩的精确控制，是用位置或速度传感器实现的。
然而，位置和速度传感器的安装需要额外的空间，且有位置或速度传感器的系统成本高、可靠性低、不易维护。
为了替代位置和速度传感器，提出了各种控制策略，总体上可分为两大类：基波模型法[3-8]和高频信号注入法[9-17]。
基波模型法直接或间接地从反电动势中提取位置信号，实施起来简单。
但是基波模型法对电机的参数变化敏感；在低速和零速时，反电动势很小甚至为零、难以提取，此时该类方法不能正常工作。
高频信号注入法在电机出线端注入高频电压(或电流)信号，通过检测产生的高频电流(或电压)响应来获得转子位置信息。
高频信号注入法能够解决永磁同步电机低速和零速下的转子位置估算，对电机的参数变化不敏感，鲁棒性好。
近年来出现了人工智能法[18-19]，这类方法硬件复杂、实现困难，目前多停留在理论研究阶段。
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
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。
基于高频电流注入的永磁同步电机转子位置初始化方法
永 磁 同步 电 机 （ ＭＳ 是 一 个 耦 合 的非 线 性 系 Ｐ Ｍ） 统 ，转 子磁场 定 向矢 量 控制 （ Ｏ ） Ｆ Ｃ 的基 本 构想 是 通 过将 Ｐ Ｍ 的物 理 模 型 转 换 成 直 流 电动 机 的模 式 ， ＭＳ 使 电动 机 的转 速 和 磁链 的控 制 完 全解 耦 ，再 分 别控
ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｍａｅ ｔ ｏｏ ｏ ｉｉｎ ａ ｃ ａｅ ｙ ｂ ｅ ｅ ｔｎ ｈ ｉ ｅ ｈ ｅ ｋ ｖ ｌ ｅ ｏ ｈ ｉｈ ｆｅ ｔ ｏ ａ ｓｉ ｔ ｈｅ ｒ ｔｒｐ ｓｔｏ ｃ ｕｒｔ ｌ ｙ ｄ ｔ ｃｉ ｇ ｔ ｅ ｔｍｅ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ａｕ ｆｔ ｅ ｈｇ ｒ ・ ｑ ｅ ｃ ｉ ｎ ｌｏ ｃ ｒ ． Ｔｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｅｈ ｄ ｉ ｆ ｃｉｅ ｔ ｂ ｅ ｖ ｈ ｎ ｔ ｌｒ ｔｒ ｕ ｎ ｙ ｓｇ ａ ｃ ｕ ｓ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｔ ｏ ｓ ｅｆ ｔｖ ｏ ｏ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｉ ａ ｏｏ ｉ ｓ ｅ ｉ
ｐ ｓｉ ｎ， ｗｈ ｃ ｓ ｉ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔｏ ｏｏ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｔｏ ｉ ｈ ｉ ｎ ｅ ｅ ｄ ｎ ｆｍ ｔｒｐａａ ｔｒ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ＭＳ ｙ Ｗｏ ｄ ：Ｐ Ｍ；Ｉｃ ｉｎ ｐ ｓｉ ｅ ｃ ｏ ； Ｈ ｇ ｅｕ ｎ ｙ ｉ ｅｔ ｎ Ｍａｎｔ ｍ ｏ ｅ ｔ ｉ ； ｎｉ ｅ ｔ ｏｉｏ ｄｔ ｔ ｎｏ ； ｈｒ ｊ ｉ ｇ ｅ ｓ ｒ ｎａｏ ｉ ｉ ｔｎ Ｐ ｌ ｏ ａｅｉ ｅｔ ｎ ｕ ｅｖｌ ｇ ｊｃｉ ｓ ｔ ｎ ｏ
Ｏ 引 言
永磁 同步 电机 传 动 系统 中 ，电机 转 子位 置 检 测 与初 始定位是 系统 构成 与运 行 的基本 条件 ，也 是 矢
基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测1
基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测Initial Rotor Position Inspection of PMSM Based on Rotating HighFrequency Voltage Signal Injection北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院蔡名飞周元钧摘要:为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题，提出了一种在电机静止状态下检测转子位置的新方法。
该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法，使得可以更为快速、准确的检测出转子初始(均扫位置。
并且针对传统旋转高频电压注人法无法检测出转子永磁体极性问题，在dq旋转坐标系下，通过分析永磁同步卜匕机d轴磁链和定子电流之间的关系，利用d轴电流的泰勒级数展开，提出J’根据定子铁芯非线性磁化特性获得判另}J N/S极极性信息的新方一案。
最后，建立了系统仿真模型。
仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性。
此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测。
关键词:永磁同步电机转子初始位置旋转高频注人非线性磁化特性N/S极极性1引言永磁同步电机高精态、高动态性能的速度、位置控制，都需要准确的转子位置信息。
如果位置检测误差较大，会导致电机不能正常起动、运行。
传统方法是通过机械式传感器来测量转子的速度和位置。
但机械式传感器减低了系统的可靠性，增加了系统的成本;同时传感器对环境有着严格的要求，电磁干扰、温度、湿度、振动对它的测量精度都有影响。
特别针对某些航空伺服电机，长期工作在恶劣、复杂的环境中，所以研究无位置传感器不仅可以减少航空电机成本，而且可以减少不必要的引线，将大大提高整个系统的可靠性〔‘]。
最简单的无位置传感器控制方法是文献「2]提出的基于对检测到的电机反电动势进行积分，这种方法虽然简单，但是在零速或低速阶段因为反电动太小，难以检测而失败。
后来人们又提出了高频注人法，其主要思想是用电机固有的空间凸极或凸极效应可以实现对转子位置的检测，这种方法与转速没有直接关系，有效克服了反电动势法的缺陷。
基于开关频率载波信号注入的永磁同步电动机转子位置辨识
动 机
原因造成的凸极效应比较弱 ,但 d 轴方向的磁路饱
转 子
和度比 q轴要高 , 因此电动机仍然可能有一定的凸 位
定子电压方程和磁链方程为 :
极性 ,即也有 L s2 ≠0。如果 d′、q′轴绕组上的电压为
置 辨
高频电压 ,由于绕组的电阻远小于绕组的高频阻抗 , 识
因此可忽略定子绕组的电阻压降 。低速下 , 转速近
到的电动机 L s2小于 L s0的 10%。因此由式 ( 4)近似
可得 d′轴电流的幅值为 :
′
Id
= k [L s0
- L s2 co s ( 2θ -
2θ′) ]
(6)
式中 : k
= 1.
5ωh
Um (L2s0
-
L2s2 ) 。当 θ′= 0时 ,
d′轴实际上
就是 α轴 ( u轴 ) 。此时由式 ( 6)得 :
(即 u 相的相轴 ) 之间 的夹角 , ω′为 d′轴的旋
载 波 信
频载波信号注入的位置辨识算法 ,由于信号的频率 转速度 , 即 θ′的微分 ; θ
号 注
非常高 ,远离系统速度环和电流环带宽 ,因此系统零 为转子磁极中心线 (也
入 的
速下基本没有振动 ,同时可闻噪声也大为减小 。载 波频率的提高还使得辨识的速度加快 ,有利于低速
(2) 于
何基于反电动势信息的位置辨识算法都失效 。基于
式中 : L s0 、L s2分别为定子绕组自感的平均分量和二
开 关
高频信号注入的位置辨识算法 [ 8 - 10 ] 可以在零速下
次谐波分量 ;θ′为 d′轴和静止两相坐标系中的 α轴
频 率
辨识位置 ,但仍存在一些问题 ,如高频信号的注入带 来振动和噪声等 。本文提出了一种基于开关频率高
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
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杨健;杨淑英;李浩源;张兴【摘要】内置式永磁同步电机(IPMSM)广泛采用旋转高频注入法辨识转子初始位置,但其辨识精度受到数字控制采样和计算延时、PWM输出延时以及信号解调过程中滤波器环节产生的相位延时等因素的影响.该文在对各因素产生的影响进行分析的基础上提出一种统一补偿算法.该补偿算法利用相关影响因素对正序电流和负序电流产生相位影响所具有的相关性,通过提取正序电流信号中的相位偏差,对负序电流信号的相位进行统一补偿,以提高位置观测精度.为区分转子磁极极性,提出基于电流闭环控制的饱和电感量极性判断方法.该方法在极性辨识过程中,为使电机处于静止状态,将交轴(q轴)电流控制为0,通过施加不同的直轴(d轴)电流,比较计算得到对应的电感值,并据此达到极性判断的目的.实验结果验证了误差补偿和极性判断算法的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)015【总页数】9页(P3547-3555)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置辨识;极性判断;延时校正【作者】杨健;杨淑英;李浩源;张兴【作者单位】合肥工业大学智能制造技术研究院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TM351内置式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronous Machines, IPMSM）因具有高转矩、高能量密度和高性能等优点在新能源电动汽车等领域获得广泛应用[1-3]。
然而，电机的自起动能力的缺失致使在电机转子初始位置不能准确获得的情况下，可能会出现起动过程中电机转子“反转”、起动失败等起动异常情况[4,5]。
因此，转子初始位置辨识的精度和可靠性成为永磁同步电机驱动系统的技术关键。
基于高频信号注入的永磁电机转子位置估计方法中的电压输入
基于高频信号注入的永磁电机转子位置估计方法中的电压输入钟黎萍 周晓敏 王长松 巩宪锋北京科技大学机械工程学院,北京100083摘 要 运用高频信号注入法估计永磁同步电机转子位置要求给电机同时施加基本电压和高频电压.本文讨论了通过采用PWM 调节的逆变器同时注入这两种电压的可行性,并进行了仿真研究.结果表明,只要选择合适的调制信号和载波比就能够实现电压的叠加输入.同时,对逆变器的非线性行为所带来的影响也作了深入的探讨,证明其仅在电流流过零处对输出结果产生影响.根据这一特点,提出了相对比较简单的补偿措施,仿真结果证明了这一措施的正确性.关键词 永磁电机;高频信号注入;调制波;载波分类号 TM 35收稿日期:2006208213 修回日期:2006211228作者简介:钟黎萍(1970—)男,博士研究生;王长松(1948—),男,教授,博士生导师 高频信号注入法作为一种可行的探测永磁电机转子位置的方法,已经日益受到重视[1-2].其基本思想是把一个高频电压(或电流)信号叠加到基波信号上,共同施加给电机三相绕组,相应的高频电流(或电压)中将携带有转子位置信息,通过带通滤波器,把这一电流(或电压)信号抽取出来进行适当的处理,就能估计出转子的位置[3-6].考虑到信号源产生的便利性,通常把高频电压作为注入信号,具体又分为旋转电压注入法和脉动电压注入法两种[7-9].实际应用中,无论哪一种方法,首先要解决基波电压和高频电压叠加后的输入问题.叠加电压的输入,对于直接由交流驱动的电机来说,可能比较复杂;但永磁电机的电能一般是通过电压源逆变器提供,这将使叠加电压的输入变得相对容易.当电压源逆变器以正弦波脉宽调制方式(SPWM )运行时,施加在电机端的电压接近正弦.为了在电机端得到基波和高频波的叠加波,可推知应该用叠加波取代正弦波作为调制波.为此,本文进行了仿真研究,仿真结果验证了这一设想.1 高频电压注入的PWM 实现为方便起见,以单相全桥逆变电路为例来研究叠加电压的PWM 调制行为.由于三相桥式电路具有更好的谐波特性,因此所得的结论将不失一般性.电路如图1所示,由四个IG B T 全控器件和四个续流二极管组成.图1 单相全桥逆变器Fig.1 Single ph ase full bridge inverter基波频率为工频50Hz ,设其调制波为:u b =sin314t (1)式中,u b 为基波电压的调制信号,t 为时间.注入的高频电压信号幅值应远小于基波幅值,频率应远大于基波频率,以免影响电机转矩.故其调制波可设为:u c =011sin6280t (2)式中,u c 为注入电压的调制信号.叠加后的调制波为:u =sin314t +011sin6280t(3)波形如图2所示.选择载波比等于15(一般选3的奇数倍),因此三角全波载波的频率f s 可选为15kHz .调制结果如图3所示.调制后的脉冲串的频谱如图4所示.从图4可以看出,经过PWM 调制后,电机电压中的谐波分量为:50Hz 的基波,1kHz 的外注高频波,载波及其谐波,载波及其谐波的上下边频波.载波及其谐波的第29卷第12期2007年12月北京科技大学学报Journal of U niversity of Science and T echnology B eijingV ol.29N o.12Dec.2007图2 基波和高频波叠加后的波形Fig.2 W aveform of fund amental signal superimposed by high2fre 2quency signal图3 PWM 调制波形.(a)载波和调制波;(b)调制脉冲Fig.3 W aveform of modulated signal :(a)carrier w ave and mod 2ulating w ave ;(b)modulated pulse signal频率远远高于基波和注入的高频波,很容易被滤除.显然,这样一个电压,实际就是图2所示叠加波的复现,注入的高频电压和基波电压一起被加在了电机绕组上.图4 PWM 调制后的电压频谱Fig.4 Spectrum of modulated voltage图3所示的脉冲串通过一个契比雪夫Ⅱ型低通滤波器后的波形由图5给出.滤波器的截止频率为2kHz .可以看出,除了由于滤波引起的相位滞后外,两个波形完全相同.图5 给定波和实际波的比较Fig.5 Comp arison of comm and and actu al w aves从前面的分析可知,只要把基波和高频波叠加后的非正弦波(如图2)作为调制波,采用和SPWM 相同的调制方式,就能实现高频电压的注入,这为永磁电机转子位置估计方法的实用化提供可靠的保证.2 逆变器非线性行为的影响逆变器的非线性行为有很多种[10-12],其中起主要作用的是死区时间.所谓死区时间,是为了防止同一桥臂的两个开关器件同时导通引起短路而设置的一段切换延迟时间.在这段时间里,两个开关器件都不导通,电流流经续流二极管,输出电压与电流极性相关.如图1,设某一时刻电流为正,若T 1向T 2切换(同时T 4向T 3切换),在死区时间T d 内,电流流经D 2和D 3,输出电压与理想情况相同;若T 2向T 1切换,在死区时间T d 内,电流依然流经D 2和D 3,输出电压与理想情况相反.可见,当电流大于零时,由于T d 的存在,输出脉冲的上升沿将向后延迟,脉冲宽度变窄.同理可知,当电流小于零时,输出脉冲的下降沿将同样向后延迟T d ,脉冲宽度加宽.图6示出了这种情况的仿真波形(T d =4μs ,载波周期T s =66μs ).这样,实际的输出电压,相当于在理想电压上叠加一系列的窄脉冲,脉冲的极性在电流正半周为负,在电流的负半周为正,总个数等于载波比N ,其波形如图7所示.窄脉冲的频谱如图8所示.与图4相比,除了载波及其谐波以外,在基波和注入的高频波的频段内,还含有丰富的各次谐波.这些谐波,有可能对注入的高频波造成干扰,从而影响到位置估计的精确性.・0621・北 京 科 技 大 学 学 报第29卷图6 死区时间的影响Fig.6 E ffects ofdeadtime图7 电压误差脉冲Fig.7 Pulse of voltageerror图8 窄脉冲的部分频谱Fig.8 P art spectrum of narrow pulse如前所述,转子位置估计,是以注入的高频电压所产生的电流为依据的.这个电流必须经过带通滤波器滤除载波电流和基波电流以后才能得到.把理想电压、实际电压和窄脉冲都送入带通滤波器滤波,死区时间的影响将被看得更加清楚.仿真结果由图9给出.图9(a )为理想情况下,用带通滤波器(上下截止频率分别为600Hz 和2000Hz )从PWM 调制脉冲中抽取的高频注入电压,是理想的正弦波.(b )为误差脉冲经过同样带通滤波器后的波形.(c )为考虑死区时间影响后的PWM 调制脉冲经过同样带通滤波器后的波形.可以看到,由于死区所带来的窄脉冲的影响,注入电压波形发生了明显的畸变,从而相应的电流也发生畸变,给位置估计造成误差.这不仅影响到估计精度,甚至会威胁到电机运行的稳定性,必须加以消除.图9 理想注入电压和实际注入电压的比较.(a)理想注入电压;(b)带通滤波后的窄脉冲;(c)实际注入电压Fig.9 Comp arison of ideal and actu al injected voltages :(a)ideal injected voltage ;(b)b andp ass f iltering w ave of narrow pulse ;(c)actu al injected voltage3 对死区时间影响的补偿最直接的补偿方法就是在图7所示的各脉冲位置上相应加上极性相反的脉冲,使误差彻底消失.这种作法必须在每个载波周期,根据电流极性,分别对脉冲的上沿和下沿进行调整,使CPU 的负担加重.特别是在载波频率比较高的情况下,处理时间问题就更显得突出.实际上从图9可以看到,电压的畸变只发生在某些特定的时刻.比较图10可知,这个时刻就是负载电流过零处.这是因为在电流过零处,脉冲极性发生了改变(图7),从而造成较大干扰.可见,误差脉冲所产生的影响,与各脉冲出现的位置关系不大.因此,补偿脉冲在时间上并不需要和误差脉冲一一对应,只要在电流的正半周,将PWM 脉冲宽度延长一个T d ,在电流的负半周,将PWM 脉冲宽度缩短一个T d 就能实现补偿.这样,CPU 的处理过程将大大简化.图11和图12示出了用这种方法补偿的仿真结果.・1621・第12期钟黎萍等:基于高频信号注入的永磁电机转子位置估计方法中的电压输入图11中,由于补偿脉冲和误差脉冲出现的时刻不同,因此误差脉冲并没有消失.图12(c)是把补偿后的误差脉冲送入前述带通滤波器滤波后的结果,可以看到,在注入频率处,其影响近乎为零.这时,理想注入电压(图12(a))和实际注入电压(图12(c))的波形几乎完全相同,达到了补偿的目的.图10 死区干扰发生的时刻Fig.10 Time when deadtimedisturb ance occurred图11 补偿后的误差脉冲Fig.11 E rror pulse afterbeing compensated4 结论利用高频电压注入法估计永磁电机转子位置,要求把基波电压和高频电压同时施加在电机上.本文的仿真研究证明,电压源型逆变器在PW M运行方式下,能够方便地实现电压的叠加输入.仿真研究还表明,逆变器的死区时间,将以一系列窄脉冲的形式,使输入电压产生畸变,从而影响到估计精度,应用时必须考虑到这一点.对死区时间的补偿,无须点对点进行,只需在误差脉冲出现的大范围内,提供一定数量极性相反的脉冲即可.这给微机处理带来了极大的方便性和灵活性.参 考 文 献[1] 秦峰,刘毅,贺益康.基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究.中国电机工程学报,2005,25(17):121[2] Yeo H G,Hong C S.Sensorless drive for interior permanentmagnet brushless DC motor∥IEEE International Electric Ma2chine and Drives Conference Record.Nagaoka,1997:TD1/3[3] Holtz J.Sensorless control of induction motor drives.Proc IEEE,2002,90(8):1359[4] Briz F,Lorendz R D,Degner W,et parison of saliency2based sensorless control techniques for AC machines.IEEE transInd Appl,2004,40(4):1107[5] Jansen P L,Lorenz R D.Transducerless position and velocity es2timation in induction and salient AC machines.IEEE T rans IndAppl,1995,31(2):240[6] 王耀南,王辉.基于递归模糊神经网络的感应电机无速度传感器矢量控制.中国电机工程学报,2004,24(5):84[7] 王丽梅,郑建芬,郭庆鼎.基于载波注入的凸极永磁同步电机无传感器控制.电机与控制学报,2005,9(4):333[8] Jang J H,Sul S k,Ha J I.Sensorless drive of 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Beijing ,Beijing 100083,ChinaABSTRACT To estimate the rotor position of a permanent magnet synchronous machine by the method of high 2frequency signal injection ,the basic and high 2frequency voltages should be input into the machine simulta 2neously.The feasibility to realize this idea by a pulse width modulation (PWM )inverter was discussed and sim 2ulated.The results show that this method works well with an appropriate ratio of carrier signal to modulation.The inverter ’s nonlinear behavior was also studied ,and its effects only occur in the time domain as the phase currents cross zero.According to this feature ,a simple compensation measure was presented and simulation re 2sults verified its correctness.KE Y WOR DS permanent magnet motor ;high 2frequency signal injection ;modulating wave ;carrier wave・3621・第12期钟黎萍等:基于高频信号注入的永磁电机转子位置估计方法中的电压输入。
基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识
0 引言
内置式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronous Machine, IPMSM）具有效率高、功率 密 度 大 等 特 点 ，被 广 泛 应 用 于 家 用 电 器 、电 动 汽 车 、
收稿日期 2018-07-02 改稿日期 2018-09-10
第 34 卷第 19 期
Hale Waihona Puke 姜 燕等 基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识
4007
目前，常见的电机转子初始位置辨识方法主要 有电压脉冲注入法和高频信号注入法两类[4]。电压 脉冲注入法是在直轴注入一系列正负对称的电压脉 冲信号，利用电流响应的峰值获得转子初始位置， 但该方法需多次注入电压脉冲信号，随着电压矢量 方向逼近转子真实位置，电流响应的峰值差距减小， 辨识位置的信噪比降低[5]。高频信号注入法包括高 频电流信号注入法和高频电压信号注入法两种[6-12]。 高频电流信号注入法是注入高频电流信号，提取高 频响应电压辨识转子位置，该方法的性能受电流环 PI 参数影响较大[6]。高频电压注入法主要有高频旋 转正弦电压注入法、高频脉振电压注入法以及高频 方波电压注入法[7-10]。高频旋转正弦电压注入法和 高频脉振电压注入法均为高频正弦信号注入，需要 使用滤波器来获取高频响应电流信号，然后使用该 信号辨识转子位置，滤波器的使用降低了系统动态 性能[7-8]。针对该问题，高频方波电压注入法被提出。 该方法在直轴注入高频方波电压，提取交轴上的高 频响应电流来辨识转子位置，该方法注入高频方波 信号，可直接通过对相邻采样电流作差获取高频 响应电流幅值，因此提取转子位置不需要使用滤波 器 [9-10]。但 是 ，由 于 该 方 法 中 观 测 器 的 输 入 信 号 为 交 轴高频响应电流幅值，此信号为位置误差信号的正 弦函数，存在多个零点，使得获取转子磁极位置信 号的闭环调节收敛时间长[10]；同时，该方法是基于 电机凸机效应，无法辨识磁极极性[11-12]；此外，该 方法的交轴高频响应电流信号与电机电感参数相关， 需要使用电感参数将该信号进行归一化来保证观测 器参数设计的通用性[13]。
基于高频脉振信号注入的永磁同步电机转子初始位置辨识
基于高频脉振信号注入的永磁同步电机转子初始位置辨识何忠祥;李明勇;朱磊
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2016(036)003
【摘要】基于高频脉振信号注入的转子初始位置辨识会存在收敛不成功的现象,这直接影响了电机的启动转矩.针对这一现象,本文首先建立了表贴式永磁同步电机在高频信号注入时的数学模型,并对初始位置辨识策略的收敛特性进行了分析,得出位置辨识收敛成功的限制条件,进而提出改进的初始位置辨识算法.仿真分析验证了该文理论分析的正确性和所提方法的有效性.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】何忠祥;李明勇;朱磊
【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
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3.高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法 [J], 于安博;刘利;阚
志忠;张纯江
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基于渐近电压法的隐极式永磁同步电机转子初始位置检测
基于渐近电压法的隐极式永磁同步电机转子初始位置检测汪锴;高瑾;昌鹏【摘要】永磁同步电机(PMSM)控制系统的高性能运行需要获得转子的初始位置,而装配于PMSM的霍尔位置传感器和增量式光电编码器不具备精确检测转子初始位置的能力.提出利用合适的电压矢量使转子在初始位置处小幅度微动,结合霍尔和增量式光编信号即可精确检测PMSM转子初始位置,且无需复杂的硬件电路和软件算法.试验中基于DSC平台对一台隐极式PMSM的转子初始位置进行检测,证明了该方法的有效性和实用性.%The rotor initial position is necessary to high-performance permanent magnet synchronous motor (PMSM) control system,however the rotor initial position can not be detected precisely by hall sensor and incremental encoder.A new method was proposed.The PMSM rotor would rotate a little when suited voltage vector applied,then the rotor initial position could be estimated by hall and encoder signals.The rotor initial position of a SPMSM was detected based on DSC platform,and without complex hardware circuit and software algorithm,validity and practicability of the method was proved in experiment.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】6页(P87-92)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置;霍尔传感器;光电编码器【作者】汪锴;高瑾;昌鹏【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM351在现代电力传动系统中，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的矢量控制和直接转矩控制，要求精确检测PMSM的转子位置。
468 基于高频注入法的永磁同步电动机转子初始位置检测研究
关键词：永磁同步电动机；转子初始位置；高频注入；Ｎ／ｓ 极性
基金项目：国家自然科学基金项目（５０２３７０３０）。 Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｌｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａ６０ｎ ｏｆ ｃｌｌｉｎａ （５０２３７０３０）．
万方数据
Ｏ 引言
ＰＭＳＭ的高性能控制如矢量控制［１。４］和直接转 矩控制【５。９］，都需要准确知道转子的初始位置。如果 转子初始位置估计误差较大，会导致无法正确选择 合适的电压空间矢量使之顺利起动。对于直接转矩 控制来说，如果转子初始位置估计误差超过±３００ 电角度，则会在错误的扇区里选用电压矢量作用于 电机，最终导致控制失败。因此，能否对转子初始 位置进行准确估计是ＰＭＳＭ高性能控制策略实现的前 提条件，更是ＰＭＳＭ无传感器方式运行的实现基础。
图中Ｃ，仍。为两相旋转到三相静止坐标变换。即
＾
ｃｏｓ口
一ｓｉｎ９
ｃ矿后 ＾
＾
ｃｏｓ（口一１２００） 一ｓｉｎ够一１２００）
（９）
＾
ｃｏｓ（秒＋１２０。） 一ｓｉｎ（秒＋１２００）
在三相高频电压作用下，可得三相高频电流响
应蠢、乇、乏，经图４处理过程，可得指定估算角下
高频阻抗。
图中Ｃ，妇为Ｃ躺。的逆变换，高频响应信号
基于高频电流注入的永磁同步电机转子位置初始化方法
基于高频电流注入的永磁同步电机转子位置初始化方法
李敏;游林儒
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2010(043)009
【摘要】基于矢量控制的永磁同步电机的数学模型, 分析现有转子位置检测手段的优缺点,详细介绍了高频电流注入法实现转子初始位置检测.电机处于静止状态时给电机定子绕组中注入高频电流,利用电机的凸极效应和磁路饱和特性, 通过对高频电流峰值发生的时刻进行检测,准确地估算出电机的转子位置.实验结果显示了该方法检测精度高,且不依赖任何电机参数.
【总页数】5页(P66-69,108)
【作者】李敏;游林儒
【作者单位】华南理工大学,自动化学院,广州,510640;华南理工大学,自动化学院,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM351;TM341
【相关文献】
1.基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计 [J], 张航;刘卫国;彭纪昌;张译文
2.基于高频注入信号瞬时频率估计的永磁同步电机转子位置检测 [J], 张朝阳;卢记军
3.基于高频注入信号瞬时频率估计的永磁同步电机转子位置检测 [J], 张朝阳;卢记
军
4.基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法 [J], 李文真;刘景林;陈双双
5.基于旋转高频信号注入法的内置式永磁同步电机低速段转子位置检测及其误差补偿 [J], 言钊;颜建虎;费晨
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