永磁同步电动机无传感器控制技术综述
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》范文
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》篇一一、引言永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种重要的电动传动系统部件，因其具有高效率、高功率密度和良好的调速性能等优点，被广泛应用于工业、汽车、航空航天等领域。
然而，传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取电机的位置信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能降低系统的可靠性和稳定性。
因此，无位置传感器控制技术成为了近年来研究的热点。
本文旨在研究并实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术，以提高电机控制系统的性能和可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，产生转矩，使电机转动。
PMSM的转子不需要外部供电，具有结构简单、运行可靠等优点。
然而，要实现电机的精确控制，必须准确获取电机的位置和速度信息。
传统的PMSM控制系统通过位置传感器来获取这些信息，但无位置传感器控制技术则通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
三、无位置传感器控制技术无位置传感器控制技术主要通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
常见的无位置传感器控制技术包括基于反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
本文采用基于反电动势法的无位置传感器控制技术，通过检测电机的反电动势来估算电机的位置和速度。
四、全速度范围无位置传感器控制策略为了实现永磁同步电机全速度范围的无位置传感器控制，需要采用合适的控制策略。
本文采用基于矢量控制的策略，通过实时调整电机的电压和电流来控制电机的位置和速度。
在低速阶段，采用初始位置估算和误差补偿技术来提高位置的估算精度；在高速阶段，则采用反电动势法来准确估算电机的位置和速度。
此外，还采用了自适应控制技术来应对电机参数变化和外部干扰的影响。
五、实验与结果分析为了验证本文所提出的无位置传感器控制技术的有效性，进行了实验验证。
永磁同步电机无传感器控制技术
哈尔滨工业大学，电气工程系Department of Electrical EngineeringHarbin Institute of Technology电力电子与电力传动专题课报告报告题目:永磁同步电机无传感器控制技术哈尔滨工业大学电气工程系姓名：沈召源学号：14S0060402016年1月目录1.1 研究背景 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 系统模型 (2)1.4 控制方法设计 (4)1.5 系统仿真 (7)1.6 结论 (8)参考文献 (8)1.1 研究背景永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。
目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统使用范围。
永磁同步电机控制系统大多采用测速发电机或光电码盘等传感器检测速度和位置的反馈量，这不但提高了驱动装置的造价，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易于受环境干扰、可靠性降低。
由于永磁同步电机无传感器控制系统具有控制精度高、安装、维护方便、可靠性强等一系列优点，成为近年来研究的一个热点。
1.2 国内外研究现状无传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用电机绕组中的有关电信号，通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中提取出与速度、位置有关的量，利用这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和转速，取代机械传感器，实现电机闭环控制。
最早出现的无机械传感器控制方法可统称为波形检测法。
由于同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转角。
目前适合永磁同步电机的最主要的无速度传感器的控制策略主要有以下几种(1)利用定子端电压和电流直接计算出θ和ω。
该方法的基本思想是基于场旋转理论，即在电机稳态运行时，定子磁链和转子磁链同步旋转，且两磁链之间的夹角相差一个功角δ，该方法适用于凸极式和表面式永磁同步电机。
永磁同步电机无传感器控制综述
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。
无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统综述
１基 于基波励磁和反 电动势的估测方法
这 些 方法 主 要 是基 于 电 动机 的电流 电压模 型 ， 通过基 本 的电磁关 系或 反 电动势来 估测 转子 位置及
转速 ， 动态性能较好 ， 最低转 速可达到每分钟几 十 转， 低于此转速范围时由于电信号受噪声干扰 ， 定子 电阻 随温升 变化 ， 电流 反馈 环 节 的直 流 补偿 及 漂 移 等原因， 估测精度会大大下降。 １１ ． 基于永磁同步电动机电磁关系的估算方法 永磁 同步电动机的电流、 电压信号 中包含有 电 动机的转速及转子位置信息 ， 我们可以通过检测电
模型参考 自 适应方法 中使用弱磁控制技术和解耦控 制技术改善 了控制系统低速段和高速段 的估计 精 争 并 舸¨ 厂 Ｌ — 划
度， 扩大 了 电动机 的调速 范 围。 １３扩展 卡尔 曼滤波 器 ．
型 扩展卡尔曼滤波器（ Ｋ ） Ｅ Ｆ 是线性系统状态估计 圈
●
基于永磁同步电动机电磁关系的估算方法仅依 赖于电动机的基波方程 ， 计算简单 ， 易于工程实现， 但 这些 方法 大多工 作 在 开 环模 式 下 ， 电机 受 到 噪 在 声干扰 ， 由于温升 、 磁饱和效应等导致的电动机参数
为参考模 型 ， 以电流模 型为 可调模 型 ， 据 Ｐｐｖ 根 ｏｏ 超
际值非常接近 ， 由估算值构成的闭环系统在宽调速
范 围 内具 有 良好 的特性 。但扩展 卡尔 曼滤 波器 的算
法复杂 ， 需要高阶矩阵求逆运算 ， 计算量相当大。而
且这 种方 法是建 立在 对系 统误差 和测 量噪 声 的统 计
Ｃ Ｎ ｕ ｎ － ｕ ， ＥＮＧ Ｍ ｉ ＷＥ ｉ ｎ － ｏ ｇ ＨＥ Ｇ ａ ｇ ｈ ｉ Ｚ ｎ， ＩＬ ａ ｇ ｈ ｎ
永磁同步电机无位置传感器控制技术分析
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。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述【摘要】永磁同步电机无位置传感器控制技术是当前研究领域的热点之一。
本文通过对该技术进行综述，首先介绍了永磁同步电机控制技术的概况，然后详细分析了无位置传感器控制策略、基于模型的控制方法、基于适应性方法的控制技术以及基于滑模控制的应用。
在展示了这些控制技术的优势和特点的也指出了在实际应用中面临的挑战和需改进的地方。
我们对研究进行了总结，展望了未来的发展趋势，并提出了应对挑战的策略。
通过本文的研究，希望能够为永磁同步电机无位置传感器控制技术的进一步发展提供参考和指导。
【关键词】永磁同步电机，无位置传感器，控制技术，模型控制，适应性方法，滑模控制，研究总结，发展趋势，挑战与应对策略1. 引言1.1 研究背景永磁同步电机是一种具有高效率、高性能和广泛应用的电机类型，其在许多领域中得到了广泛的应用。
传统的永磁同步电机控制方法需要利用位置传感器来获取电机转子的位置信息，这增加了系统的成本和复杂性。
为了克服这一问题，无位置传感器控制技术应运而生。
无位置传感器控制技术通过利用电流和电压的反馈信息，结合适当的控制策略，实现对永磁同步电机的精准控制。
这种技术不仅可以降低系统成本，还可以提高系统的鲁棒性和稳定性。
研究永磁同步电机无位置传感器控制技术具有重要的理论和实际意义。
本文旨在对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行综述和总结，系统地介绍这一领域的研究现状和发展趋势，为相关领域的研究人员提供参考和借鉴。
通过对相关文献和案例的分析和总结，为进一步推动永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展提供理论支持和实践指导。
1.2 研究目的永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究目的是为了探索在没有位置传感器的情况下，如何实现对永磁同步电机的精准控制。
通过研究不依赖位置传感器的控制策略和技术，可以降低系统的成本和复杂度，提高系统的稳定性和可靠性。
研究无位置传感器控制技术还可以拓展永磁同步电机在各种应用中的适用范围，推动新能源车辆、工业制造等领域的发展。
永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究
永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究摘要：永磁同步电机在工业应用中具有广泛的应用前景。
然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来测量电机的电流，增加了系统的复杂性和成本。
因此，研究无电流传感器技术对永磁同步电机控制系统的发展至关重要。
本文通过分析智能控制算法、状态观测器以及PWM技术在永磁同步电机无电流传感器技术中的应用，总结了目前的研究进展，并对未来的研究方向进行展望。
1. 引言：随着工业自动化的快速发展，永磁同步电机作为一种高效、高功率因数、高扭矩密度的电机，被广泛应用在机床、电动汽车等领域。
然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来获得电机的电流信息，电流传感器不仅增加了系统的复杂性和成本，还限制了电机系统的可靠性和精度。
因此，研究无电流传感器技术对于提高永磁同步电机控制系统的性能具有重要意义。
2. 永磁同步电机控制系统概述：永磁同步电机是一种具有良好动态特性和高效率的电机，广泛应用于各种工业领域。
在传统的永磁同步电机控制系统中，电流传感器被用于测量相电流，以实现电机的控制和保护。
然而，电流传感器不仅增加了系统的成本和复杂性，而且存在传感器故障或失效的风险，降低了整个系统的可靠性。
3. 无电流传感器技术的研究方法：目前，有许多无电流传感器技术被提出和研究，以解决永磁同步电机控制系统中的电流传感器问题。
其中，智能控制算法、状态观测器和PWM技术被广泛应用于无电流传感器技术的研究和实践中。
3.1 智能控制算法：智能控制算法基于电机的数学模型和输出信息，通过推广输出模型和状态观测器的方法，实现电流信息的实时估计与测量。
例如，模型参考自适应控制算法、滑模观测器的方法，可以用来估计永磁同步电机的电流信息。
这些算法通过计算输出误差，并利用控制器对输出进行反馈调整，实现电流的准确测量和控制。
3.2 状态观测器：状态观测器是一种基于电机模型和输出反馈的技术，通过观测输出和状态信息，实现电流测量。
永磁直线同步电机的无传感器的操控
永磁直线同步电机的无传感器的操控摘要：现阶段我国精密仪器制造行业使用比较多的设备是永磁直线同步电机，它具有技术性强、操作性好、使用时间长、精密度高等众多优点，并因为这些优点受到国内外技术研发机构的重视。
在新的技术的支持下，科研人员把无传感器技术应用于永磁直线同步电机的系统结构内，这使得永磁直线同步电机的多种功能、效率都更上一层，也因此开始逐渐应用于高速运输系统和数控机床设备。
基于此，本文把永磁直线同步电机作为研究对象，展开探讨了永磁直线同步电机的结构、模型、机理等内容，同时也研究讨论了永磁直线同步电机的无传感器技术。
关键词：无传感器技术；永磁直线同步电机；操控前言在电机技术革新以前，我国的各种的永磁同步电机的控制系统主要是应用有传感器技术的，有传感器控制的永磁直线同步电机系统的操作和使用较为不便，工作的效率、速率、精密度以及性能持久性都明显低于无传感器控制的永磁直线同步电机系统，但是无传感器控制的永磁直线同步电机也有安装的成本高和维修复杂等缺点，而这也是我们应该加以研究和不断完善的地方。
1.有关永磁直线同步电机的基础知识的介绍1.1有关永磁直线同步电机的工作机理的介绍永磁同步电机有直线型和旋转型两种，两者的工作机理有共通之处，但在结构上有明显的区别，其中前者可以看作是后者先从半径方向切割开，然后再把切割后的两端拉平后的状态。
由电能到动能、热能的转化是永磁直线同步电机最基本的工作机理，而这种能量的转化是由永磁直线同步电机的电磁效应发挥作用来最终实现的。
永磁直线同步电机在工作时，会向电机的初极端通入三相对称电流，通过电磁作用力，促使电机内部形成的行波磁场发生运动，此时，电极的初极端会产生与行波磁场方向相对的运动，永磁直线同步电机就是在这样的状态下运转的。
关于永磁直线同步电机的工作机理的图解如下：图1-1 永磁直线同步电机的工作机理1.2有关永磁直线同步电机的数学模型的介绍理想状态下永磁直线同步电机运转时电压的数学公式为：式中为电感，为电阻的阻值，动子永磁体磁链的数学数值，为永磁直线同步电机的角速度，为三相电压的值，为微算分子值，其中。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述【摘要】永磁同步电机无位置传感器控制技术是近年来的研究热点之一，本文对该技术进行了综述。
在介绍了研究动机、研究目的和研究意义。
在详细阐述了永磁同步电机的基本原理、无位置传感器控制技术的发展历程、研究现状、关键技术以及应用领域。
在展望了该技术的发展前景，提出了研究的不足之处和未来研究方向。
通过本文的综述，读者可以全面了解永磁同步电机无位置传感器控制技术的最新进展和未来发展趋势。
【关键词】永磁同步电机、无位置传感器、控制技术、研究动机、研究目的、研究意义、基本原理、发展历程、研究现状、关键技术、应用领域、发展前景、不足之处、未来研究方向1. 引言1.1 研究动机无位置传感器控制技术能够实现永磁同步电机的高性能运行，减少系统成本和提高可靠性。
深入研究永磁同步电机无位置传感器控制技术，对于推动永磁同步电机技术的发展，提高系统的性能表现具有重要的意义。
在实际应用中，永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展也将对工业自动化、电动汽车、风力发电等领域产生深远的影响。
本文旨在系统总结永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究现状和关键技术，为这一领域的进一步研究和应用提供参考和指导。
1.2 研究目的本研究的目的在于系统地总结永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展历程、研究现状和关键技术，探讨该技术在不同应用领域中的实际应用情况，并展望未来的发展趋势。
通过深入研究和分析，我们旨在为永磁同步电机无位置传感器控制技术的进一步发展提供参考和指导，为工业应用和科研领域提供有力支撑。
通过本研究，我们希望能够为提高永磁同步电机的控制性能和降低系统成本做出贡献，促进我国永磁同步电机无位置传感器控制技术的创新与发展。
1.3 研究意义永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究意义在于推动电机控制技术的发展和应用。
随着科技的不断进步，对电机系统的性能要求越来越高，传统的位置传感器在一些特殊环境下会受到限制，而无位置传感器控制技术可以有效地解决这一问题。
永磁同步电机无传感器控制技术研究
是针对低速 和零速 时的无传 感器研 究。永磁 同步电机 无传感技术将 来的发展 方向将是提 高调速精度 、拓宽 永磁 同步电机 ；机械 式传感 器；无传感 器控制技 术 永磁 同步 电机 （ Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ）以高功率密度 、高效率 、高可 靠性及结构简单 、轻量化等优点 著称 ，目前广 泛应 用于 国民 经济 、工业生产和 国防航天等领域 。然而 ，永磁 同步电机是 个 多变 量 、强耦 合的非线性 系统 ，存在 着诸如 电流耦合 、 系统饱和 、参数摄动和外部扰动等诸 多不 利因素 ，直接影响 着控制系统性能 的提高 。为 了实 际工 程应 用的需求 ，迫切需 要在永磁 同步 电机控制方法上有所 突破 ，以保证 高性 能永磁 同步电机系统的发展。 永磁 同步 电机控 制技术现状 永磁 同步电机驱动系统发展离不开电力电子技术 、微处 理器技术 、检测技术和 电机控制技术 的支撑 ，在此 简单 介绍 以上相关技术发展情况 ，以便 于更好 理解 永磁 同步电机驱动 系统发展水平 。 （ 一 ）核心器件 技术发展 电力 电子功率 器件和微处 理器 是支撑 电机控制系统发展最 为基础 的核心 器件 ，它们是电机 控制系统发展 的物质基础 ，影 响着控 制算 法应 用和电机控制 系统发展水平 。 （ 二 ）位置与速 度检测技术 发展在永磁 同步 电机矢 量控 制系统 中，为 了获得高动态 响应 、高精度 调速 和高效率等控 制特性 ，永磁 同步 电机转子位置与速度反馈信 息是 必须 的。 （ 三 ）矢量变换 控制技术 的诞 生和发展 奠定 了现代 交流 调速系统高性能化 的基础 。 （ 四 ）微型计算 机控制技术 与大规模集成 电路 的迅 速发 展和广泛应用为现代交 流调 速系统的成功应用提供 了重要的 技术手段和保证 。 二、机械 式传 感器存在 的问题 在机 械式 永磁 同步电机的控制 中，最常用 的方法是在转 子轴上安装传感器 ， 但是这些传感 器增加了系统的成 ，降低 了系统 的可靠性 ，而且其应 用受 到诸 如温度 、湿度和震动等 条件 的限制 ，使该 系统 不能广泛适用于各种场合 。为 了克服 使用传感器给 系统带来 的缺憾 ， 很 多学者开展 了无传感器永 磁 同步 电机控制 系统 的研究 。到 目前 为止 ，已经有很多种估 算转子位置角和转速 的方法被提 出。 三、无传 感器控制技术 为了克服使用机械式传感器给系统带来的缺陷 ，研究开 发一种可靠 的、低成本 的无需 机械传感器的控制方法 ，便成 了电机控制技术领域 中的研 究热点之一 ，这种方法称为无传 感器 控制技术 （ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ无传 感器控制 技术是指 在交流 电机控制 系统 中 ，去 掉位 置和速度传感器 ，通过各种 不 同的估计方法而得 到速度和位置信息的技术 。由于 同步 电 机是一个 多变 量 、强耦 合的非线性系统 ，所要解决 的问题是 采用何种方法 获取转速和转角。 目前适合永磁 同步 电机 的最 主要 的无速度传感器 的控制策略主要有 以下几种 ： （ 一） 基于人 工智能估计 方法 。由于转速可 以看 成是定 子 电压 和电流 的函数 ， 加之具有逼近任意非线性 函数的能力 、 自学 习和 自适应的能力 以及抗干扰性较强 的人工神 经网络纷 纷应用 于电机 控制方案 ，基于人工智能估计方法 的应用 日趋 成熟 ， 将 为交流传动领域带来革命性 的变化 。由于 目 前神经
永磁同步电动机无传感器矢量控制技术研究_图文.
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。
永磁同步电动机的无传感器控制
速度参 考
0
速度PI 调节器
+
Id PI 调节器
反ParK变换
反Clark变换
+
Iq PI 调节器
(d, q) (, )
(, ) (u, v, w)
SVPWM
+
速度 计算
观测器
磁场 估计
逆变器 + 电动机
(, ) (d, q)
Park变换
(u, v, w) (, )
― 定子绕组 ― 转子固定永磁 ― 两端轴承固定，转子在定子内自由旋转
永磁同步电动机工作原理相当简单：
― 提供固定频率的三相电压给定子绕组，定子绕组中将产生旋转磁场 ― 转子磁场将努力跟随定子电流所产生的旋转磁场，转子在不失步的情 况下，也以固定转速旋转 ― 主要的挑战：必须时刻知道转子的位置，才能保证永磁电动机高效地 运行 ― 转子磁场的检测：光电编码器，旋转变压器，磁编码器等
根据开关状态的输出电压为：
V a 2 V dc Vb 1 3 V c 1
1 2 1
1 a 1 b 2 c
SVPWM的数字化实现
SVPWM的八个开关状态时有:
SVPWM的数字化实现
静止两相坐标系下的八个开关状态位置为：
SVPWM的数字化实现
静止坐标系下的任何一个矢量，都可以从上图中的6个矢 量合成得到，尤其是利用其相邻的两个矢量得到。 由于逆变器的开关仅仅在ON-OFF状态，因此不可能改 变6个非零矢量的幅值。
时域情况下，任何一个矢量的计算方法为
如果开关频率时间为TPWM,有
SVPWM的数字化实现
从矢量图上的几何关系，可以看出，扇区的判断方法为
永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展探讨
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。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述永磁同步电机是一种应用广泛的电动机，具有体积小、重量轻、效率高等优点，因此在工业生产中被广泛应用。
传统的永磁同步电机控制技术需要使用位置传感器来获取转子位置信息，以实现精准控制。
随着传感器技术的不断发展和成本的不断下降，无位置传感器控制技术逐渐成为了研究的热点之一。
本文将对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行综述，从原理、应用、优缺点等方面进行详细介绍和分析，以期为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
一、无位置传感器控制技术的原理传统的永磁同步电机控制技术需要通过位置传感器来获取转子位置信息，以实现精准的控制。
位置传感器不仅增加了系统成本，还会增加系统的故障率和维护成本。
研究人员开始尝试利用电机本身和其他信号来实现无位置传感器控制技术。
无位置传感器控制技术的原理主要是通过计算电机的反电动势和电流信息，从而实现对电机转子位置的估计。
通常采用的方法有基于模型的方法和基于传感器融合的方法。
基于模型的方法主要是利用电机的数学模型，通过对电流、电压等信息的测量和计算，来进行转子位置的估计；而基于传感器融合的方法则是利用多种传感器的信息融合来实现位置的估计。
无位置传感器控制技术在很多领域都有着广泛的应用，特别是在一些对成本和可靠性要求较高的场合。
比如在电动汽车、风力发电、工业生产等领域，都可以看到无位置传感器控制技术的应用。
由于无位置传感器控制技术可以减少系统成本、提高系统可靠性，因此受到了广泛的关注和应用。
无位置传感器控制技术相比传统的位置传感器控制技术具有一些明显的优点，如可以降低系统成本、提高系统可靠性、减少维护成本等。
也存在一些缺点，如对控制算法和系统稳定性要求较高、对电机参数变化敏感等。
在实际应用中需要根据具体的情况进行权衡和选择。
尽管无位置传感器控制技术在现实应用中具有广阔的前景，但也面临着一些挑战，如精准的位置估计、控制算法的设计、系统稳定性等问题。
未来研究方向主要包括改进位置估计算法、优化控制策略、提高系统稳定性等方面。
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述摘要：现阶段科学技术发展速度持续增快，永磁无刷直流电机也得到了显著的发展，对于永磁无刷直流电机的使用需要紧跟时代的发展需求。
因为永磁无刷直流电机具备良好的机械性能，有着较强的过载能力，节能高效并且操作难度较小。
所以在各个行业中得到了广泛的使用，其中能够以最低的成本获取更多的社会效益和经济效益。
要想能够显著改善永磁无刷直流电机的使用性能，就需要积极地优化永磁直流无刷电机的结构，正确进行热设计，保障永磁无刷直流电机处于一个安全稳定的运行状态，进而促进相关企业的发展和进步。
关键词：直流无刷；永磁电机；控制结构1永磁无刷直流电机的工作理论无刷直流电机在市场中有着比较广泛的使用，使用最常见的就是方波电流驱动电机以及正弦波电流驱动电机，前者就是无刷直流电机，至于后者就是永磁同步电机，其中无刷直流电机的相关理论包括：1.1永磁无刷直流电机结构为了能够更加深入地研究分析永磁无刷直流电机调速控制系统，就需要掌握永磁无刷直流电机的具体结构，相关的器件有电机、位置传感器以及电子开关线路，永磁无刷直流电机包括放定子绕组的定子以及嵌入到永磁磁体的转子。
（1）转子结构永磁无刷直流电动机主要就是根据永磁体在转子上的放置形式来划分成多个种类，其中包括埋入式永磁体以及内置式永磁体。
如今表面贴装式永磁体结构得到了广泛的使用，对于电机的弱磁控制可以选择内置式永磁体结构，不过容易产生漏磁的情况。
（2）定子结构定子结构能够产生良好的磁路，方便多相绕组的正常放置，定子结构主要有定子铁芯以及定子饶子。
其中分数槽结构的定子具备的绕组端部体积较小，绕组使用比较灵活，不过永磁体的使用效率较低。
至于无齿槽结构的定子难以有效地释放出绕组中的热量，因此温度较高，结构设计需要选择厚度更大的永磁体，不过这样会消耗较多的成本。
1.2永磁无刷直流电机原理其中为了能够更好地掌握永磁式永磁无刷直流电机的工作原理，就需要仔细地分析有刷直流电机的工作理论。
高速永磁同步电机无位置传感器控制技术研究
摘 要高速永磁同步电机以其动态性能优异、功率密度和工作效率高等优点逐渐成为高性能控制系统中的核心部件。
实现对电机的有效控制需要高精度的转子信息。
由于传统的机械式传感器获取转子位置信息方法存在安装困难、可靠性和经济性差等问题，因此对高速永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究正成为国内外热门的研究方向。
本文首先就课题的研究背景及重要意义进行简要阐述，又对高速永磁同步电机及其无位置传感器控制的发展状况进行简单介绍，并在此基础上列举了几种无位置传感器控制技术的常用估算方法，通过对比与分析选择了工程上易于实现且鲁棒性较好的滑模观测器估算法。
其次在三种不同的坐标系下建立高速永磁同步电机数学模型，并基于模型对高速永磁同步电机的矢量控制理论以及空间矢量脉宽调制技术进行深入研究，从而建立起电机的矢量控制模型，验证了高速永磁同步电机在有位置传感器时采用矢量控制策略的有效性。
然后对滑模变结构的基础理论做了细致的研究，在此基础上，根据滑模观测器的原理建立状态方程，实现电机转子位置及转速信息的实时在线估算，同时引入了低通滤波器，并针对传统型滑模观测器可能会出现的抖振问题采用了饱和函数作为切换函数的改进方法。
同时进行了传统型与改进型的仿真对比，进一步得以验证改进后的滑模观测器具有很好的鲁棒性。
另外为了解决滑模观测器收敛慢、存在相位滞后等问题，在设计滑模控制率的过程中引入了积分项，设计了一种非奇异快速终端滑模观测器，并利用MATLAB／Simulink搭建了整个控制系统的仿真模型，通过对比分析仿真结果验证了非奇异快速终端滑模观测器具有更好的性能。
最后以TMS320F2812主控制器为控制核心，搭建了高速永磁同步电机无传感器控制系统的实验平台，同时完成了软硬件的设计。
关键词：高速永磁同步电机无位置传感器滑模观测器非奇异快速终端滑模观测器AbstractHigh speed permanent magnet synchronous motor (PMSM) has become the core part of high performance control system because of its excellent dynamic performance, high power density and high efficiency. The realization of the effective control of the motor requires high-precision rotor information. In view of the difficulties in installation, reliability and economy of the traditional mechanical sensor to obtain the rotor position information, the research on the sensor-less control technology of high-speed permanent magnet synchronous motor is becoming a hot research direction at home and abroad.In this paper, the research background and significance of the subject are briefly described, and the development of high-speed permanent magnet synchronous motor and its sensor-less control is also briefly introduced. On this basis, several common estimation methods of sensor-less control technology are listed. Through comparison and analysis, the estimation method of sliding mode observer which is easy to realize and has good robustness in engineering is selected.Secondly, the mathematical model of high-speed permanent magnet synchronous motor is established in three different coordinate systems. Based on the model, the vector control theory and space vector PWM technology of high-speed permanent magnet synchronous motor are studied deeply, and the vector control model of the motor is established, which verifies the effectiveness of the vector control strategy when the high-speed permanent magnet synchronous motor has position sensor.Then the basic theory of sliding mode variable structure is studied in detail. On this basis, the state equation is established according to the principle of sliding mode observer, and the real-time online estimation of rotor position and speed information is realized. At the same time, the low-pass filter is introduced, and the saturation function is used as the switching function to improve the chattering problem that may occur in the traditional sliding mode observer. At the same time, the simulation results of traditional observer and improved observer are compared to verify that the improved sliding mode observer has good robustness.In addition, in order to solve the problems of slow convergence and phase lag of the sliding mode observer, an integral term is introduced into the design of the sliding mode control rate, and a non singular fast terminal sliding mode observer is designed. The simulation model of the whole control system is built by MATLAB /Simulink. The simulation results show that the non singular fast terminal sliding mode observer has better performance.Finally, taking TMS320F2812 as the control core, the experiment platform of sensor-less control system of high-speed PMSM is built, and the design of software and hardware is completed.Key words: High speed permanent magnet synchronous motor Position sensor-less Sliding mode observer Nonsingular fast terminal sliding mode observer目 录摘 要 (I)Abstract (II)第1章 绪 论 (1)1.1 课题的研究背景及意义 (1)1.2 课题的国内外发展现状 (2)1.2.1 高速永磁同步电机控制的发展现状 (2)1.2.2 高速永磁同步电机无位置传感器控制的发展现状 (4)1.3 本文研究的主要内容 (7)第2章 高速永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理 (8)2.1 矢量控制系统中三种坐标变换 (8)2.1.1 Clark变换 (8)2.1.2 Park变换 (9)2.2高速永磁同步电机在各坐标下的数学模型 (11)2.2.1 高速永磁同步电机在自然三相A、B、C坐标系下的数学模型 (11)2.2.2 高速永磁同步电机同步旋转d-q坐标系下的数学模型 (12)2.2.3 高速永磁同步电机在静止两相α-β坐标系下的数学模型 (13)2.3 空间矢量脉宽调制技术 (13)2.3.1 空间矢量脉宽调制技术的原理 (13)2.3.2 空间矢量调制算法的实现 (16)2.4 高速永磁同步电机的矢量控制 (18)2.5 高速永磁同步电机矢量控制系统的仿真 (20)2.5.1 矢量控制系统仿真模型的建立 (20)2.5.2 仿真结果分析 (22)2.6 本章小结 (24)第3章 基于滑模观测器的高速永磁同步电机无位置传感器控制 (25)3.1 滑模变结构控制的基本原理 (25)3.2 传统型滑模观测器的原理与设计 (27)3.3 改进型滑模观测器的原理与设计 (30)3.4 系统仿真验证 (33)3.4.1 仿真模型的建立 (33)3.4.2 仿真结果分析 (35)3.5 本章小结 (42)第4章 基于非奇异快速终端滑模观测器的高速永磁同步电机无传感器控制 (43)4.1 快速终端滑模控制的理论与奇异性问题 (43)4.1.1 终端滑模控制理论 (43)4.1.2 终端滑模控制的奇异性问题 (44)4.2 二阶非奇异终端滑模控制理论 (45)4.3 非奇异快速终端滑模观测器的设计 (45)4.4 非奇异快速终端滑模观测器鲁棒性研究 (47)4.5 系统仿真验证 (49)4.5.1 仿真模型的建立 (49)4.5.2 仿真结果分析 (49)4.6 本章小结 (53)第5章 系统硬件和软件设计 (55)5.1 硬件设计 (55)5.1.1 整体硬件电路设计 (55)5.1.2 主控制芯片的选择 (56)5.1.3 电源模块 (56)5.1.4 IPM模块及隔离驱动电路 (57)5.1.5 电流与电压检测电路 (58)5.1.6 保护电路 (60)5.2 软件设计 (60)5.2.1 软件开发平台 (60)5.2.2 主程序设计 (61)5.2.3 中断服务程序设计 (63)5.2.4 滑模观测器程序设计 (66)5.3 本章小结 (66)第6章 总结与展望 (67)6.1 总结 (67)6.2 展望 (67)致 谢 (69)参考文献 (70)作者简介 (75)攻读学位期间研究成果 (76)第1章 绪 论1.1 课题的研究背景及意义在电力电子技术及控制技术蓬勃发展的背景下，高速电机及其控制技术也在欣欣向荣地发展，它逐渐成为了国家生产制造以及人民日常生活的重要组成部分[1]。
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》一、引言随着科技的不断进步，永磁同步电机（PMSM）在工业、汽车、家电等领域的应用越来越广泛。
而传统控制技术常常需要安装位置传感器来提供电机的实时位置信息，这既增加了系统的复杂性又增加了成本。
因此，无位置传感器控制技术逐渐成为研究热点。
本文将探讨全速度范围无位置传感器的控制技术及其在永磁同步电机中的应用与实现。
二、无位置传感器控制技术的理论基础1. 基本原理无位置传感器控制技术主要通过检测电机电压、电流等电气量，结合电机模型和算法来估计电机转子的位置和速度。
它避免了使用传统的位置传感器，简化了系统结构，降低了成本。
2. 控制算法常见的无位置传感器控制算法包括反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
这些算法在电机运行的不同阶段有不同的适用性，可以根据电机的实际运行情况选择合适的算法。
三、全速度范围无位置传感器控制技术的实现1. 启动阶段在电机启动阶段，由于没有转子位置信息，需要采用特定的启动策略。
常见的启动策略包括预定位法、转矩辅助启动法等。
这些方法可以在电机启动阶段提供足够的转矩，使电机顺利启动并进入正常运行状态。
2. 运行阶段在电机运行阶段，根据电机的实际运行情况选择合适的无位置传感器控制算法。
例如，在低速阶段可以采用反电动势法来估算转子位置；在高速阶段则可以采用模型参考自适应法或滑模观测器法等更精确的算法。
同时，为了保证系统的稳定性，还需要对控制算法进行优化和调整。
四、实验与结果分析为了验证全速度范围无位置传感器控制技术的有效性，我们进行了大量的实验。
实验结果表明，该技术能够在全速度范围内实现电机的稳定运行，且具有较高的控制精度和动态性能。
与传统的有位置传感器控制系统相比，无位置传感器控制系统具有更高的可靠性、更低的成本和更简单的结构。
五、结论与展望本文对永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术进行了深入研究与实现。
实验结果表明，该技术能够在全速度范围内实现电机的稳定运行，具有较高的控制精度和动态性能。
无位置传感器的永磁同步电机控制技术综述
仪表与自动化装置D01：10.19557/ki.1001—9944.2020.10.017无位置传感器的永磁同步电机控制技术综述阎宝君，刘健，梁禹升，王世奇(武汉工程大学电气信息学院，武汉430205)摘要：永磁同步电机的运行依赖可靠的转子位置反馈，编码器和霍尔元件是典型常用的位置传感器遥但硬件位置传感器会降低系统的可靠性和抗干扰性，增加系统体积和硬件成本遥该文以电机转子位置检测为主线，从电机静止时初始转子位置检测、起动和低速运行、中高速以及全速度范围运行等控制方面，列举并重点分析了各种永磁同步电机的无位置传感器控制方法；对无位置传感器的永磁同步电机控制技术发展进行了展望，认为稳定启动、参数敏感性问题和平滑切换技术为研究和发展趋势遥关键词：控制技术；转子位置检测；永磁同步电机；无位置传感器;信号注入;观测器中图分类号:TM341；TM301.2文献标志码:B文章编号：1001-9944(2020)10-0083-05Review on Control Technology of Position-sensorless Permanent-magnet Synchronous MotorYAN Bao-jun,LIU Jian,LIANG Yu-sheng,WANG Shi-qi(School of Electrical and Information Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan430205,China)Abstract:The operation of PMSM depends on reliable rotor position feedback and encoder and hall element are typical position sensors.But the hardware position sensor will reduce the reliability and anti-interference of the system,and increase the system volume and hardware cost.The motor rotor position detection as the main line,position-sensorless control methods of PMSM are listed and analyzed from the motor static initial position detection, start and low speed operation,medium high speed and full speed range of control methods in this paper.The development trend of position-sensorless control technology of PMSM is prospected.It is considered that stable start-up,parameter sensitivity and smooth switching technology are the research and development trends.Key words:control technology；rotor position detection；permanent magnet synchronous motor；position-sensorless；signal injection；observer近些年来,随着新型电力电子器件的应用和电力电子技术的发展，永磁同步电机不断改进，其优点在交流调速系统应用中表现得越来越明显。
高速永磁同步电机无传感器控制
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引
言
承造成功耗约占总驱动损失的 40% ～ 50% 。 如果 采用直驱式结构技术方案， 将风机或压缩机的叶轮
［1 － 2 ］ ， 直接装在电机轴上， 并采用磁悬浮轴承 能够节 约能源 7% ～ 10% 。 此外， 这些设备通常采用异步
由电机驱动的风机、 压缩机等通用流体机械是 石化、 环保、 冶金等领域广泛应用的重要装备， 这类 流体机械的转速都比较高， 需要增速箱和联轴器， 而 。 、 且主要采用机械轴承 由增速箱 联轴器和机械轴
第9 期
纪
历等： 高速永磁同步电机无传感器控制
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磁悬浮轴承支承的高速永磁同步电机对我国自主研 制高效流体机械和高效机电工业装备具有重要意 义。本文主要研究高速永磁同步电机的控制策略 。 永磁同步电机具有结构简单， 运行可靠， 体积小， 重量轻， 损耗小， 效率高， 电机的形状与尺寸可以灵活 减小体积所带来的问题是电 多样等显著有点。但是， 机的散热性能不佳， 若控制策略不当， 使电机在过高 的温度下工作， 极有可能造成其转子永磁体产生不可 ［ 7 ］ 逆退磁， 使电机的性能下降， 甚至无法使用 。因此， 对于中大功率的高速永磁同步电机来说， 最大转矩电 ［ 8 ］ 流比控制 是比较理想的控制方法。要实现最大转 矩电流比控制需要进行磁场定向， 即需要精确的转子 磁极位置。传统的检测方法多采用光电编码盘等设 备来测量转子的角度以及转速。这类设备不仅增加 了成本， 而且降低了可靠性。对于采用磁悬浮轴承支 此类设备无法承受高速 承的高速永磁同步电机来说， 所带来的巨大离心力； 外加磁悬浮轴承要求定子和转 子之间不能有接触， 更加无法使用这类设备。因此， 必须借助于无传感器控制技术。 在永磁同步电机的控制中， 常见的无传感器控制 技术有： 基于数学模型的开环估计、 高频信号注入法、 模型参考自适应控制、 状态观测器法、 以及卡尔曼滤 ［ 9 ］ 波器等。其中开环估计法 的准确性受电机参数影 响非常大， 而电机的参数在电机运行时总是处于动态 ［ 10 ］ 变化之中， 因此， 估计效果不佳。高频信号注入法 对于没有凸极性的永磁同步电机则无能为力。至于 ［ 11 ］ ［ 12 ］ 状态观测器法 、 以及卡 模型参考自适应控制 、 尔曼滤波器 等闭环估计方法虽然具有较好的稳定 性以及鲁棒性， 但是算法复杂， 实际应用很少。本文 提出了一种将状态观测器与假定旋转坐标相结合的 控制方法。该方法既无需角度传感器， 也无需对转子 d 轴位置进行估计， 就能够实现最大转矩电流比的控 制策略， 并在实际应用中取得了很好的效果。