基于虚拟脉振高频注入法的永磁电机初始位置检测

基于虚拟脉振高频注入法的永磁电机初始位置检测

吕晓源;刘刚;毛琨;陈宝栋

【摘要】对传统脉振高频注入法进行了分析,并在传统脉振高频注入法基础上,加入虚拟高频旋转坐标,对传统脉振高频注入法进行改进,提出基于虚拟脉振高频注入法的永磁同步电机位置检测方法.该方法和传统脉振高频注入法相比,不需要PI调节,工程实现简单,并且解决了传统脉振高频注入法的过零点问题.通过仿真和工程实验,验证了该方法的正确性和有效性.%Nowadays,the sensorless position detection method of permanent magnet synchronous are mainly divided into two types:one is based on the fundamental wave detection;the other is based on the saliency effects.This paper is mainly based on the saliency effects.It analyses the traditional high-frequency pulsating injection method and improves traditional method by adding a virtual high-frequency rotating coordinate.A position detection method of permanent magnet synchronous motor based on virtual pulse high frequency injection is pared with traditional pulsating high-frequency injection method,this method does not require PI regulator,which can be achieved by project easily.At the same time,this method solves part of zero-corssing problems of traditional pulsating injection method.The method is verified by simulation and experimental test.

【期刊名称】《电工技术学报》

【年(卷),期】2017(032)023

【总页数】8页(P34-41)

【关键词】初始位置检测;永磁同步电机;高频注入法;虚拟高频旋转坐标

【作者】吕晓源;刘刚;毛琨;陈宝栋

【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京 100191;北京航空航天

大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高速

磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京 100191;北京航空航天大学惯性技

术重点实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防

重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中

心北京 100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京 100191;北京市高

速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京 100191;北京航空航天大学惯性

技术重点实验室北京 100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国

防重点学科实验室北京 100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究

中心北京 100191

【正文语种】中文

【中图分类】TM301

永磁同步电机具有体积小、重量轻、能量密度高、运行可靠性高等优点，在众多领域得到了广泛应用，但其驱动系统需要实时检测转子位置。永磁同步电机传统的位置检测需要增加霍尔传感器、光电编码器等硬件，传感器的引入增加了电机结构的复杂性和制造成本。因此，永磁同步电机无传感器位置检测方法成为一个研究热点。目前，永磁同步电机无传感器位置检测方法主要分为两类：一类基于基波信号，即通过对基波中包含转子位置的信号进行提取；一类基于电机自身的凸极效应，即通过向电机绕组中注入高频信号，将电流信号中包含的转子位置信号进行提取。

文献[1,2]提出了一种利用两相定子磁链矢量与定子电压和电流的关系，通过反三角函数获得转子位置的方法，该方法运算简单，但在零速和低速下无法工作。文献[3,4]提出了模型参考自适应方法（Model Reference Adaptive System，MRAS），将含有未知参数的可调模型与不含未知参数的参考模型对比，两者同时工作并将输出的差值结合自适应率调节参数，使控制对象输出跟踪参考模型输出。但该方法建模中包含电机参数，受外界环境和电机参数的影响较大。文献[5-7]提出了滑模观测器（Sliding Mode Observer, SMO）方法，该方法结合实际控制要求建立合适的状态方程，通过调整控制量使系统向滑模面运动，估算反电动势信号并解算转子位置。该方法不受电机参数和外界环境影响，但存在抖振问题。文献[8,9]提出了扩展卡尔曼滤波法，将电机的电流、电压和位置等信息输入扩展卡尔曼滤波器中，经过扩展卡尔曼滤波运算得出调速系统的状态估计位置信息。该方法存在系统复杂、运算量大的问题，并且不适合零速。文献[10,11]提出了旋转高频注入法，该方法利用电机凸极效应，向电机α-β坐标系中注入正弦高频电压，检测高频电流响应，经过信号处理，提取转子位置信息。但该方法不适合面贴式永磁电机。文献[12-16]提出了脉振高频注入法。该方法利用电机磁饱和效应，向电机直轴注入正弦高频信号，检测交轴电流，并经过信号处理得到转子位置信息，该方法在零速和低速下有很好的效果，但存在特殊位置干扰和滤波延迟的问题。

基于以上无传感器位置检测的问题，本文在传统脉振高频注入法的基础上提出虚拟脉振高频注入法。建立高频旋转的虚拟坐标，向虚拟直轴注入高频电压，通过低通滤波和相关解算即可初步得到转子位置，再通过N-S极判断即可得到实际转子位置。该方法和传统脉振高频注入法相比，不需要PI调节，工程实现简单，减少了特殊位置判断。

脉振高频注入法多适用于表贴式永磁同步电机（Surface Permanent Magnetic Synchronized Motor,SPMSM）(Ld=Lq)。该方法利用电机的磁饱和效应，通过