永磁同步电机的无传感器控制策略
《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。
基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制
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。
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】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。
永磁同步电机控制策略研究及仿真
永磁同步电机控制策略研究及仿真一、本文概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度、良好的控制性能等特点，在工业、交通、家电等领域得到了广泛应用。
随着电力电子技术和控制理论的发展，对PMSM的控制策略的研究也日益深入，旨在实现电机的高性能、高效率和可靠性。
本文主要针对永磁同步电机的控制策略进行研究和仿真分析。
本文首先对永磁同步电机的基本原理和控制方法进行了综述，包括电机结构、运行原理、数学模型等，为后续控制策略的研究奠定了基础。
详细讨论了几种常见的PMSM控制策略，如矢量控制（Vector Control）、直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）、模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）等，分析了各种控制策略的优缺点及其适用场合。
接着，本文针对某特定应用背景，提出了一种改进的PMSM控制策略。
该策略在传统控制方法的基础上，引入了先进的控制算法和优化技术，旨在提高系统的动态性能、稳态性能和抗干扰能力。
本文还通过仿真实验，验证了所提控制策略的有效性和优越性。
二、永磁同步电机基本原理与特点永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永磁体作为磁场源，实现电能与机械能相互转换的装置。
其基本原理基于电磁感应和磁场相互作用，通过控制定子电流产生的磁场与转子永磁体磁场之间的相互作用，实现电机的旋转运动。
高效率：由于使用永磁体作为磁场源，无需额外的励磁电流，因此电机在运行时具有较低的损耗和较高的效率。
高功率密度：永磁体的使用使得电机能够在较小的体积内实现较高的功率输出，适用于需要紧凑设计的应用场景。
良好的调速性能：通过控制定子电流的频率和相位，可以实现对PMSM的精确速度控制，满足宽范围调速的需求。
低维护成本：永磁体通常具有较高的磁能积和稳定性，使得电机在运行过程中无需频繁更换磁极，降低了维护成本。
无传感器永磁同步电机控制系统设计
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上不 安装 电磁 或光 电传感 器 的情 况下 ，利 பைடு நூலகம்检测 到
用 参 数 可 调 的 曲线 函数 作 为 滑 模 观 测 器 中 的 开 关
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节 。在不 失鲁棒 性 的前提下 ， 改善 了系 统结 构 ，减
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无传感器永磁 同步 电机控韵系统设计
无传感器永磁 同步 电机控 制系统设计
基于VPVM永磁同步电机无传感器控制策略的研究
基于VPVM永磁同步电机无传感器控制策略的研究
宋正强;张平
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2010(32)5
【摘要】贴面式永磁同步电机的无传感器控制在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,本文针对该情况提出了一种新的无传感器控制策略.转子初始位置检测是根据定子铁心的非线性磁化特性,采用电压脉冲矢量注入法(VPVM).这种方法不需要电机参数和额外的硬件设施.电机开始运行时,由闭环自适应磁通观测器估算转子位置、速度.通过MATLAB仿真,从理论上验证了该方法的有效性.【总页数】4页(P23-26)
【作者】宋正强;张平
【作者单位】扬州市职业大学汽车与电气工程系,江苏,扬州,225011;扬州市职业大学汽车与电气工程系,江苏,扬州,225011
【正文语种】中文
【中图分类】TM341;TM921
【相关文献】
1.基于改进ASMO的永磁同步电机无传感器控制策略 [J], 余莉; 李伯涵; 曹永娟
2.基于无差拍的永磁同步电机无传感器控制策略 [J], 苗敬利; 张宇航; 秦王毓
3.无传感器永磁同步电机控制策略研究 [J], 陈诚
4.基于超螺旋算法的永磁同步电机无传感器控制策略 [J], 苗敬利;张宇航;秦王毓
5.基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究 [J], 杨艳;李长云;徐曦
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贴面式永磁同步电机无传感器控制策略的研究
２ １ ０ ０年 １ １月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏ ｒＥｌｃ ｒｎｉｓ
Ｖｏ ．４．Ｎｏ １ １４ ． １ Ｎｏ ｅ ｂ ｒ２ ０ ｖ ｍ ｅ ０１
贴 面式永磁同步电机无传感器控制策略的研究
宋 正 强 （ 州 市 职 业 大 学 ， 车 与 电 气 工 程 系 ，江 苏 扬 州 扬 汽 ２５１ ） ２０ １
ｄ ｉ ，ｐ ｅ ｎ ｏ ｒｐ ｓｉ ｓｍ ｔ ｎ ｏ Ｓ ＭＳ ｒ ｅ ｉ ｏｔ ｎｄ ｔ ｏ ｇ ｅ ｄｐ ｖ ｕ ｂｅｖｒ Ｓ Ｏ ｂ ｉｏ ｓｅｄ ａｄ ｒｔ ｏｉｏ ｅｔ ａ ｏ ｆ Ｐ Ｍ ｄｉ ｓ ｂＭ ｅ ｈ ｕ ｈ ａｓ￣ａａ ｔｅｆ ｘｏｓｒ （ Ａ ） ｙ ｔｎ ｏ ｔｎ ｉ ｉ ｖ ｒ ｉ ｌ ｅ
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中 图分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １０ （０ ０ ｌ－ ０ ９ ０ １０ — ０ Ｘ ２ １ ）１０ ６— ３
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（PMSM）是一种高效、高功率密度和高力矩/体积比的电机。
在工业控制和自动化领域中得到了广泛应用。
传统的PMSM控制方法需要使用位置传感器来实时测量转子位置信息，以便实现准确控制。
传感器的安装和维护等问题使得这种方法不适用于某些特殊环境下的应用。
无位置传感器控制技术应运而生，成为永磁同步电机控制领域的研究热点。
无位置传感器控制技术的核心是通过使用适当的算法，从电机的电流、电压和转速等信号中间接地推断转子位置信息。
根据其推导转子位置的方法的不同，无位置传感器控制技术可分为观测器，阶跃响应和卡尔曼滤波等方法。
观测器方法是最常用的无位置传感器控制技术之一。
其基本思想是设计一个观测器，通过推测反馈回路中的一些信号，估计出转子位置。
根据观测器的结构和使用电流、电压、速度以及其他信号的方式的不同，观测器方法又可以分为反电动势（BEMF）观测器、扩展观测器和高阶观测器等。
BEMF观测器是最简单和最常见的观测器方法。
它基于电动势BEMF的理论，通过回馈电流和电压信息，估计转子位置。
BEMF观测器在低速和低转矩情况下可能会失效，并且对参数变化比较敏感。
扩展观测器通过引入额外的状态变量来提高观测性能，并且对参数变化比较鲁棒。
高阶观测器是在扩展观测器的基础上进一步引入非线性扰动补偿算法，以提高抗干扰能力和稳定性。
阶跃响应方法是另一种常用的无位置传感器控制技术。
其基本思想是在电机转矩产生突变时，通过观察电流或速度的阶跃响应来推测转子位置。
阶跃响应方法需要较大的电流突变，限制了其应用。
卡尔曼滤波是一种经典的状态估计方法，也可以用于无位置传感器控制技术中。
卡尔曼滤波通过建立状态方程和观测方程，利用过去信息和测量信号，对未来的状态进行估计。
在PMSM控制中，卡尔曼滤波可以通过自适应性和鲁棒性对模型误差和参数不确定性进行补偿。
卡尔曼滤波方法计算量大，实时性较差，对控制器设计和参数调整要求较高。
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。
永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统
永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统一、本文概述随着现代电力电子技术和控制理论的不断发展，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诸多领域，如电动汽车、风力发电、工业自动化等，得到了广泛应用。
然而，传统的PMSM控制系统通常依赖于位置传感器来获取电机的转速和位置信息，这不仅增加了系统的复杂性，还降低了系统的可靠性和稳定性。
因此，研究并开发无传感器矢量控制调速系统对于提高PMSM的性能和适用范围具有重要意义。
本文旨在研究一种新型的滑模观测器无传感器矢量控制调速系统，旨在解决传统PMSM控制系统对位置传感器的依赖问题。
文章将介绍永磁同步电机的基本工作原理和控制策略，为后续研究奠定理论基础。
接着，将详细阐述滑模观测器的设计原理及其在PMSM无传感器控制中的应用，包括滑模观测器的数学模型、稳定性分析和优化方法。
在此基础上，将探讨基于滑模观测器的无传感器矢量控制调速系统的实现方法，包括转速估计、矢量控制和调速策略等。
通过仿真和实验验证所提系统的有效性和优越性，为PMSM无传感器控制技术的发展提供新的思路和解决方案。
本文的研究不仅对于提高PMSM的性能和稳定性具有重要意义，也为其他类型电机的无传感器控制提供了有益的参考和借鉴。
本文的研究成果有望为相关领域的技术创新和应用推广提供理论支持和实践指导。
二、永磁同步电机及其控制系统概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电动机，其设计基于同步电机的原理，并采用永磁体作为其磁场源，从而省去了传统电机中的励磁绕组和相应的励磁电流。
由于其高功率密度、高效率以及优良的调速性能，PMSM在电动汽车、风电、工业自动化等领域得到了广泛应用。
PMSM的控制系统是实现其高性能运行的关键。
传统的PMSM控制系统通常依赖于高精度的位置传感器（如光电编码器或霍尔传感器）来获取电机的转子位置信息，进而实现准确的矢量控制。
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（PMSM）是一种应用广泛的电机类型，其具有高效率、高功率密度、高性能和低噪音等优点，因此被广泛应用于电动汽车、风力发电、工业驱动等领域。
PMSM在控制过程中需要准确地获取转子位置信息，以实现精确的控制。
传统的PMSM控制需要使用位置传感器来获取转子位置信息，位置传感器的使用会增加系统复杂性和成本。
无位置传感器控制技术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，介绍其发展历程、控制方法和应用前景。
传统的PMSM控制技术需要使用位置传感器（如编码器、霍尔传感器）来获取转子位置信号，以实现闭环控制。
位置传感器的使用会增加系统的复杂性和成本，并且可能存在故障导致系统性能下降的风险。
为了克服这些问题，研究人员提出了无位置传感器的PMSM控制技术，以减少系统复杂性和成本。
最早的无位置传感器控制技术是基于反电动势观测的方法，即通过测量电机绕组的反电动势来估计转子位置。
这种方法在低速和低转矩区域的性能较差，且容易受到参数变化的影响。
随着研究的深入，基于模型的预测控制（Model Predictive Control, MPC）成为了无位置传感器控制技术的研究热点。
MPC通过建立电机的数学模型，预测未来一段时间内的电流、转矩和转子位置，然后根据预测结果实施控制。
MPC能够克服传统闭环控制的调参困难和性能受到参数变化影响的问题，具有较好的控制性能和鲁棒性。
除了MPC，基于观测器的无位置传感器控制技术也得到了广泛的研究和应用。
目前，永磁同步电机无位置传感器控制技术已经取得了较大的进展，成为了PMSM控制技术的重要分支之一，并且在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域得到了广泛的应用。
1. 基于反电动势观测的方法基于反电动势观测的无位置传感器控制方法是最早的研究成果之一，其原理是通过测量电机绕组的反电动势来估计转子位置。
这种方法简单易实现，但在低速和低转矩区域的性能较差，且容易受到参数变化的影响。
基于Luenberger观测器PMSM无传感器控制策略
Automobile Parts 2020.12研究与开发0012020.12 Automobile Parts研究与开发002图1㊀永磁同步电机观测器模型图中U为被控对象的输入,Y为被控对象的输出,测器的输出,定义观测器状态方程为:t)ᶄ=f[x(t)]+Bu(t)t)=h[x(t)]了方便构建观测器系统,选取状态变量eα㊀eβ]T,控制变量u=[uα㊀uβ]T,输出变T㊂将电机的数学模型写为矩阵形式,因此得到永磁同步电机的状态方程:tiαiβeαeβ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥=-R s Ls01Ls0-R s Ls01Ls000-pωr00pωr0⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥iαiβeαeβ⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥+㊀1L s001⎡⎢⎢⎢⎤⎥⎥⎥uα⎡⎢⎤⎥Automobile Parts 2020.12研究与开发003图2㊀锁相环估算原理框图Luenberger 观测器永磁同步电机控制系统永磁同步电机的控制系统主要包括DC 逆变电路㊁采样电SVPWM 算法㊁电机位置估算以及电机本体,其控制系统框图如图3所示㊂该控制系统中包含速度环和电流环双闭环系统,首先通过采样电路获得永磁同步电机的三相电流后,经过Clark 变换得到静止坐标系下的α和β电流,再通过Park 变换得到旋转坐标系下的d 轴和q 轴电流,有利于PI 控制器的使用,通过PI 节减小d ㊁q 电流及电压,再经过反Park 变换和反Clack 变换最终输出PWM 占空比到DC 逆变器中,经过逆变器控制电机旋转㊂2020.12 Automobile Parts研究与开发004图3㊀PMSM 无位置控制系统框图㊀㊀由图3可知,Luenberger 观测器的输入为经过Clack 变换后的两相静止坐标系的定子电压及定子电流,经过Luenberger 及PLL 估算电机α㊁β反电动势e α㊁e β,根据反电动势可以计算出电机转子位置信息及电机转子的转速㊂4 Simulink 仿真及结果分析在图3所示的系统框图的基础上,结合文中对Luenberger观测器的分析计算,使用Matlab&Simulink 搭建基于Luenberger 观测器的永磁同步电机无位置传感器控制系统,系统模型如图4所示㊂系统主要包括永磁同步电机本体㊁逆变电路模块㊁Clark 变换及Park 变换㊁Lunberger 观测器估算㊁SVPWM 模块,其中在Luenberger 观测器模块中包含PLL 模块用于估算电机转子的位置及转速㊂图4㊀无传感器电机控制系统仿真模型㊀㊀设定电机的主要参数为:极对数p =4;定子电阻R s =1.132Ω,定子电感L s =L d =L q =0.001572H ;转子磁链ψr =0.15851Wb ㊂给定需求转速为600r /min ,电机负载为2N ㊃m ㊂经过观测器估算的α㊁β的反电动势e α㊁e β如图5所示,由图可知,e α㊁e β比较平稳,没有异常波动㊂Automobile Parts 2020.12研究与开发005图5㊀估算反电动势e α㊁e β仿真波形图6和图7分别为基于Luenberger 观测器估算的电机转子的转速与实际测量转速对比图及转速的估算值和实际值的差值㊂图6㊀转子转速的估算值与实际测量值仿真结果图7㊀转速估算值与实际测量值的差值由图可知,估算转速与实际测量转速相差不大,基本一致㊂在约0.1s 时达到了需求转速,转速爬升过程也较为平稳,没有出现发散震荡现象㊂图8为电机转子的估算位置与实际位置的仿真结果㊂由图8可知电机转子的估算位置与实际测量的位置基本较为吻合㊂图8㊀转子位置的估算值与实际位置仿真结果在0.3s 时将电机负载由2N ㊃m 阶跃至4N ㊃m ,观察负载突变对于转速的影响,转速的测量值与估计值如图9所示,测量值与估计值的误差如图10所示㊂图9㊀负载改变时电机转速测量值与估算值波形由图9和图10可知,在0.3s 负载发生变化时,电机转速发生波动,且此波动经过Luenberger 观测器的计算被放大,转速的估计值也产生波动,但随后很快收敛达到稳定,稳定后转速误差在5r /min 左右㊂表明系统可控且响应较快㊂当负载发生变化时,电机的电磁转矩出现轻微抖动,但在0.04s 内收敛稳定,表明系统的负载能力良好㊂电磁转矩波形如图11所示㊂图12为负载改变前后的角度估算图,对比图8恒定负载的情况下基本没有变化,说明电机负载的变化对转子位置的影响不大,系统比较稳定㊂2020.12 Automobile Parts研究与开发006图10㊀负载改变时转速测量值与估计值误差图11㊀负载改变时电机电磁转矩波形图12㊀加负载时电机转子位置测量值与估算值波形5㊀结论文中简单地描述了永磁同步电机的数学模型,阐述了Lu-enberger 观测器的基本原理,并结合二者搭建Luenberger 观测器㊂使用Luerberger 观测器模拟永磁同步电机,并观测不可测量值,如α㊁β的反电动势,从反电动势中提取有关电机转子位置的信息,为避免反正切计算带来较大的误差,同时避免由于微分环节可能带来较大的噪声干扰,文中引入PLL 对电机转子位置进行估算㊂通过使用Matlab&Simulink 对该控制系统进行仿真,可知电机转子位置的估计值与实际值基本吻合,但转速随电机负载的改变波动较大㊂Luenberger 观测器是通过对电机的反电动势进行观测从而得到转子位置信息,当电机转速较低时,反电动势较低不易观测,对转子位置的估算误差较大,因此对于Luenberger 观测器在电机低速运行时的估算需要进行进一步优化㊂参考文献:[1]袁雷,胡冰新,魏克银.现代永磁同步电机控制原理及MATLAB 仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2016.[2]高钦和,董家臣,陈志翔,等.基于锁相环的永磁直线同步电机无传感器控制系统设计[J].电机与控制应用,2018(8):1-7.GAO Q H,DONG J C,CHEN Z X,et al.Sensorless control system design of permanent magnet linear synchronous motor drives based on PLL[J].Electric Machines &Control Application,2018(8):1-7.[3]苏义鑫,何国星,张婷.基于滑模观测器的PMSM 控制系统研究[J].工业控制计算机,2010(5):67-68,70.SU Y X,HE G X,ZHANG T.Control system of permanent magnetsynchronous motor based on sliding mode observer [J].IndustrialControl Computer,2010(5):67-68,70.[4]张凯泉.基于龙伯格观测器法的永磁同步电机无感矢量控制算法改进研究[D].株洲:湖南工业大学,2018.[5]陈光普.基于自适应龙伯格观测器的永磁同步电机无位置传感器控制系统研究[D].杭州:浙江大学,2019.[6]周双飞,黄海波,简炜.Luenberger 观测器在永磁同步电机无传感器控制中的应用研究[J].电机与控制应用,2017(10):59-62,66.ZHOU S F,HUANG H B,JIAN W.Research on application of luen-berger observer in sensorless control of permanent magnet synchro-nous motor [J ].Electric Machines &Control Application,2017(10):59-62,66.[7]杜昭平,李凯,张玉良,等.基于新型饱和函数滑模观测器的永磁同步电机控制系统[J].电机与控制应用,2018(6):6-11.DU Z P,LI K,ZHANG Y L,et al.Permanent magnet synchronousmotor control system based on a novel sliding mode observer of satu-ration function[J].Electric Machines &Control Application,2018(6):6-11.[8]凌鑫明.永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究与设计[D].杭州:浙江工业大学,2015.[9]肖泽民.基于自抗扰控制器的永磁同步电机伺服控制系统研究[D].大连:大连海事大学,2018.[10]方纬华.三相永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统研制[D].济南:山东大学,2015.。
永磁同步电机无位置传感器矢量控制课件
通过本课件的学习，学生可以掌 握永磁同步电机无位置传感器矢 量控制的基本知识和技能，为进
一步研究和应用打下基础。
展望
随着技术的不断发展，永磁同步电机 无位置传感器矢量控制技术将不断优 化和完善，进一步提高电机的性能和 可靠性。
希望本课件能够为广大学生和研究者 提供有益的参考和帮助，共同推动永 磁同步电机无位置传感器矢量控制技 术的发展和应用。
永磁同步电机无位置 传感器矢量控制课件
contents
目录
• 永磁同步电机简介 • 无位置传感器矢量控制技术 • 永磁同步电机无位置传感器矢量控制策
略 • 永磁同步电机无位置传感器矢量控制的
实现
contents
目录
• 永磁同步电机无位置传感器矢量控制的 应用案例
• 总结与展望
CHAPTER 01运行。来自软件实现方案01
坐标变换
将三相静止坐标系转换为两相旋 转坐标系，实现电机电流的解耦 控制。
02
矢量控制算法
03
无位置传感器技术
采用基于PI调节器的矢量控制算 法，实现电机的转矩和磁通控制 。
利用电机参数、电流检测值和转 速观测器等，估算电机的位置和 转速。
实验验证与结果分析
实验平台搭建
根据硬件实现方案搭建实验平台，包 括电机、逆变器、传感器等。
未来，该技术将在更多领域得到应用 ，如电动汽车、机器人、航空航天等 ，为人类的生产和生活带来更多便利 和效益。
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永磁同步电机简介
永磁同步电机的定义与特点
总结词
永磁同步电机是一种基于永磁体励磁产生磁场的高效电机，具有高效率、高功率密度、低维护成本等特点。
两相永磁同步电动机无传感器控制研究
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设计分ｔ 厅
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两相 永磁 同步 电动 机 无 传 感 器 控 制研 究
适应转 速估 计率 。所 设计的观测器可以有效估计 电机 的转速并具有较 高的精 度。同时 ， 通过观测器 可以计算得 到 电机磁链 。仿真结论进一步证明了所提 出的方法 的可行性和有效性 。 关键词 ： 自适应转速观测器 ； 两相 ； 永磁 同步 电机 ； 八开关逆变器 中图分 类号 ： Ｔ Ｍ３ ５ １ ； Ｔ Ｍ３ ４ １ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ １ ８ ｆ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ５ 一 ｏ ｏ １ ９ — ０ ４
（ Ｐ ＭＳ Ｍ）ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｓ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ Ｐ ＭＳ Ｍ ｗ ａ ｓ ｆ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｔ ｗ ｏ － ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ａ ｅ ｏ ｍ —
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ｍｏ ｎ ＤＣ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕｐ ｐ ｌ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ ， ａ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｌｕ ｆ ｘ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ
永磁同步电机全速度段无位置传感器控制策略研究
ｎｏｔ ｎｅｅｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍ ａｃｈｉｎｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ（ＥＫＦ）ｏｎｌｙ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ—ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔａｇｅ ｗｈｉｌｅ ｉｔｉｓ ｄｉｆ ｉｃｕｌｔ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｒｏｔｏｒ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｔ ｌｏｗ—ｓｐｅｅｄ ｓｔａｇｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｎｏｒｍ ａｌ ＥＫＦ ｌａｃｋｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｒｏｎｇ ｎｏｎ—
ｍ ｕｈｉ．ｉｎｎＯｖａｔｉ０ｎ
０ 引 言
ＰＭＳＭ具有转速平稳、转矩／功率密度 高、过载 能力 强 、机 械特 ｌ生较 硬 、调速 范 围广等 优 点 。随着矢 量控制的论的提 出和微型计算机技术 的发展 ，ＰＭＳＭ 在 工业伺 服应用 中能够实 现准 确 的速 度控 制 ，因而得
关键词 ：永磁 同步 电机 ；无 传感器控制 ；流频 比起 动 ；扩展 卡尔曼滤波器 ；多新息
中图分类 号 ：ＴＭ３０１．１００１．６８４８（２０１８）０１．００３４—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＰＭ ＳＭ ａｔ Ｆｕｌｌ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｎｇｅ
ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｓｔａｒｔ ｔｈｅ ｐｅｒ ｍ ａｎｅｎｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）．Ｗｈｉｌｅ ａｔ
基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究
电子产品世界基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究*杨 艳1，李长云2，徐 曦2 （1.国网湖北省电力有限公司检修公司，武汉 430000；2.湖南工业大学 智能信息感知及处理技术湖南省重点实验室，湖南 株洲 412000）摘 要：永磁同步电机无传感器控制方法由于具有降低成本、减小系统体积和提高可靠性等优势，广泛应用于军工和民用等各个领域。
本文介绍了用于零和低速下的永磁同步电机无传感器控制技术。
针对传统的脉振高频信号注入法转子初始位置估计不准确的问题，提出一种基于磁极饱和凸机性的方法来正确判断磁极极性。
并通过数学算法将滤波环节进行简化，减少低通滤波器的使用。
通过仿真分析，验证了所设计的脉振高频电压注入法在零和低速段的可行性。
关键词：永磁同步电机；无传感器控制；高频信号注入法；锁相环*湖南省教育厅创新平台开放基金项目（19K026）0 引言永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor， PMSM）具有转矩密度大、动态性能好、可靠性高等竞争优势，已广泛应用于交通、制造设备、家电等行 业[1-3]。
同时，无传感器控制在永磁同步电机中具有成本降低、系统小型化和可靠性提高等优点。
零和低速下的PMSM无传感器控制方法主要是高频信号注入。
高频信号注入法是基于电机凸极性的，其主要思想是：将高频电压信号注入电机定子端，定子电流中会出现一个响应电流信号，此响应信号就包含了转子的位置相关信息，可凭借软件处理获取转子的实际位置。
高频信号注入法主要有以下两种：基于旋转高频信号注入法[4-6]和基于脉振高频信号注入法[7-9]。
高频信号注入法可保证电机低速下稳定运行，此方法在理论上具有很高的精度，但无论是在高频响应电流、控制电流的提取，还是绕组、永磁体、以及开关损耗，都对算法和硬件电路提出了很高的要求。
而过往的研究中脉振高频正弦注入证明了其良好的鲁棒性及估计精度，且控制方法简单，故本文选择脉振高频电压注入法作为PMSM零和低速范围下的无传感器控制策略进行研究。
基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究
基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略研究引言在现代工业中，永磁同步电机因其高效率、高功率密度和潜在的节能优势而受到广泛应用。
传统的永磁同步电机控制策略通常需要使用传感器进行转子位置和速度的反馈，然而传感器的使用增加了系统成本和复杂性。
为了克服这些问题，一种新型的无传感器控制策略基于高频信号注入技术应运而生。
本文旨在介绍基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略的研究。
1.高频信号注入原理高频信号注入技术是一种通过在永磁同步电机中注入高频信号来实现转子位置和速度估计的方法。
该技术利用了电机自身的电磁特性，通过对电机绕组施加高频信号，产生与转子位置和速度相关的电信号响应。
这些电信号经过数字信号处理，可以用来估计转子位置和速度，从而实现无传感器的控制。
2.高频信号注入方法为了实现高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制，需要考虑以下几个关键步骤：2.1高频信号注入电路设计高频信号注入电路用于在电机绕组中注入高频信号。
该电路需要提供稳定、高频率的信号，并通过滤波器来阻止高频信号对电机正常运行的干扰。
设计合适的高频信号注入电路能够保证信号注入的可靠性和稳定性。
2.2高频信号注入参数选择在进行高频信号注入之前，需要选择合适的注入参数，包括注入频率、注入信号幅值和相位。
这些参数的选择对于估计转子位置和速度的准确性和稳定性具有重要影响。
通过实验和仿真，可以确定最佳的注入参数。
2.3数字信号处理算法设计高频信号注入产生的电信号需要进行数字信号处理，以获得对转子位置和速度的估计。
数字信号处理算法可以利用离散傅里叶变换、角度解缠算法等方法，通过对信号进行滤波、解缠和运算，得到准确的转子位置和速度估计。
3.实验结果与分析为了验证基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制策略的有效性，进行了一系列实验。
实验结果表明，该控制策略能够准确估计永磁同步电机的转子位置和速度，并实现闭环控制。
相比传统的传感器控制策略，基于高频信号注入的无传感器控制策略能够大幅降低系统成本和复杂性，并提高控制性能。
高速永磁同步电机无传感器控制
（ 京 航空 航 天 大 学 机 电学 院 ， 苏 南 京 ２ ０ １ ） 南 江 高速永磁 同步 电机 ， 出一种 将状 态观测 器与假 定旋转 坐标相结 合的无传 感 针 提
器控制 策略 。该 策略 无需对转子 ｄ轴 的位置进行 估计 同样 能 够 实现 磁 场 定向 ， 达到 最 大转矩 电流 比的控制 效果 。对 此控制 策略进行 理论分析 ， 设计基 于该策 略 的无 传感 器控 制 系统。 借助 Ｍ ｔｂ ａｌ ／ ａ ＳＭＵ Ｉ Ｋ工具对此控 制 系统进 行 了仿 真研 究 ， 到 了与 理 论分 析 一致 的仿 真 波 形 。为进 一 步检 Ｉ ＬＮ 得
第１ ５卷
第 ９期
电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｍ Ａ ＣＨ Ｉ Ｃ ＮＥ Ｓ Ａ ＮＤ Ｃ０Ｎ ＴＲ Ｏ Ｌ
Ｖｏ ． ５ Ｎ ． １１ ｏ ９
Ｓ ｐ ２ １１ ｅ。 ０
２ １ 年 ９月 ０１
高 速 永 磁 同步 电机 无 传 感 器 控 制
Ａ ｓ ａｔＦ ｒｈｇ ｐ ｅ ｅ ｎ ｎ ｍ ｇｅ ｓｎ ｈｏ ｏｓｍ ｔｒ Ｐ Ｍ） ｅｓｄ ｓ ｏ ｔ ｌｓ ａ ｇ ｂ ｔ ｃ： ｏ ｉｈｓｅｄ ｐｒ ｅ ｔ ａｎ ｔ ｙ ｃｒｎｕ ｏ （ ＭＳ ，ａｓｎｏ ｅｓｃｎｒ ｔ ｔ ｙ ｒ ｍａ ｏ ｏ ｒｅ
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2009,36(8)控制与应用技术 EMC A永磁同步电机的无传感器控制策略吴 奇, 程小华(华南理工大学电力学院,广东广州 510640)摘 要:机械传感器应用存在的诸多缺陷,使无传感器控制技术成为研究热点。
介绍了多种常见的估算永磁同步电机转子位置和转速的方法,并指出了各种方法的优缺点。
分析了无传感器技术研究现状和今后的研究发展趋势。
关键词:永磁同步电机;无传感器控制;位置检测中图分类号:TM301.2 TM351 文献标识码:A 文章编号:1673-6540(2009)08-0029-04Sensorless Control of Per m anentM agnet SynchronousM otorW U Q i, C HENG X i a o-hua(Co llege of E lectric Pow er,South China Un i v ersity of Techno l o gy,Guang zhou510640,Ch i n a)Abstrac t:In orde r to reso l ve the va rious defects for usi ng m echanica l sensors,sensorless contro l techno l ogy be-come a research ho tspo t.T he v arious m ethods o f t he esti m a ti on about the positi on and speed of P M S M roto r are pres-ented,and po i nted out the advantages and disadvantages of them.The sta t us and the deve l op m ent trend of the re-search about the sensor l ess are g i ven.K ey word s:perman en t magne t s ynch ron ous m otor(P M S M);sensorless contro;l positi on detection0 引 言永磁同步电动机(P M S M)因其高转矩惯性比、高能量密度和高效率等优点被广泛应用于国防、工业控制和日常生活等领域。
传统的P M S M 控制系统通常采用电磁或光电传感器来获取所需的转子位置和转速信号。
传感器的安装、电缆连接和环境限制等问题,带来了系统成本增加、体积增大、可靠性降低、易受环境影响等缺陷[1-2]。
为了解决机械传感器带来的各种问题,许多学者开展了无传感器控制技术研究,其主要思想是利用电机绕组中的有关电信号,通过适当的方法估算出转子的位置和转速,实现转子位置的自检测。
无传感器控制技术可以有效地解决机械传感器带来的诸多问题,使系统结构简化,成本降低,对提高系统可靠性有重要意义,已成为电机驱动领域的研究热点。
1 基波激励法在各种转子位置和速度的检测方法中,大多通过检测基波反电势来获得转子的位置信息,但采用的具体方法有所不同,大致可分为以下几种。
(1)基于数学模型的开环估计[2]。
该方法基于电机的电磁关系从电机的动态方程直接推导出转速或者位置角的关系表达式,并利用检测到的定子三相端电压和电流计算出转子位置角和转子角速度。
文献[3]中提出一种方法:在定子二相静止坐标系中,通过定子电压、电流得到实轴、虚轴的定子磁链值,根据二相磁链反正切值可得当前时刻的定子磁链位置,由定子磁链的变化率可得到电机的转速。
该方式用到的电机参数不多,所以受参数影响较小,但电机必须工作在功率因数cos =1的方式下才能实现转子位置估计。
开环估计法一方面简单直观,动态响应快,几乎没有延时问题。
另一方面,数学模型虽然可以有多种选择,但无论采用什么数学模型,都涉及电机参数,而电机参数在电机运行时是动态变化的。
虽然对定子电阻和电感等参数可以进行在线辩识,但辩识的实现也需要复杂的技术。
因此,开环29控制与应用技术 EMCA2009,36(8)估计技术很难用于高精度伺服驱动系统。
(2)锁相环技术(PLL)。
在无传感器控制中,由于转子的位置不能测得,也就不能获得dq 坐标中的定子电流(i d,i q)及电压(u d,u q),因此dq坐标系下的数学模型对转子位置和速度估计是没有实用价值的。
在这种情况下,选择一个可控的参考坐标d q 用于无传感器控制,它不是同步旋转坐标,而是定向于已知的估计位置 r,并可按确定的控制规律自行调整的坐标,将这个作为 估计坐标 。
该估计坐标与同步旋转坐标之间存在一个差值 ,对其采用适当的控制方法,能够自行调节 ,使假设的坐标与转子dq坐标趋于一致,即可正确估计转子的位置和速度。
该估计方法一方面构成的控制系统相对简单,由于采用PLL调节器,提高了系统的估计精度和稳定性,并能获得良好的稳态特性;另一方面,保证其估计精度的核心是对位置偏差 准确估计,但位置偏差 的数学模型仍然要受电机参数变化的影响,虽然采用闭环控制,但还没有完全摆脱对电机参数的依赖。
文献[4-6]都从检测得到的电压、电流,基于电机模型计算出电机的转子位置偏差,采用锁相环结构对转子位置进行跟踪估算,得到较为满意的结果。
基于检测感应电动势,运用锁相环技术来估计转子速度和位置的方法,在低速情况下,扩展电动势很小,定子电阻和电感的不准确和变化对估计结果的准确性有很大影响。
该方法不适合于静止和低速运行时的无传感器控制。
(3)模型参考自适应(MRAS)。
MRAS辩识的基本思想是将不含未知参数的方程作为参考模型,将含有待估参数的方程作为可调模型,两个模型具有相同物理意义的输出量。
两个模型同时工作,并利用其输出量的差值根据合适的自适应律来实时调节待估参数,以达到可调模型跟踪参考模型的目的。
自适应律的设计通常以超稳定与正性动态系统理论为基础,系统和速度的渐进收敛也由Popov的超稳定性原理来保证。
在实际应用中,可将转子速度 r作为待估参数,两模型的共同输出量可以是定子电流也可以是定子磁链,这取决于所选择的模型,因此该控制方法的性能和所选的模型与自适应律有关。
文献[7,8]都以定子电流作为共同的输出,对MRAS应用于永磁同步无传感器控制进行了研究。
在此基础上,文献[9]特别针对i d=0的矢量控制策略研究了一种基于矢量控制的MRAS 的速度辨识方案,它只利用q轴的估算电流与实际电流之差作为误差信号,经过PI调节器得到估计转速,结构简单,容易实现。
(4)自适应状态观测器[10-12]。
状态观测器的实质是状态重构,其原理是重新构造一个新系统,利用原系统中可直接测量的输入量和输出量作为其输入信号,并使其输出信号x (t)在一定的提法下等价于原系统的状态x(t)。
状态观测器主要用来实时观测非线性动态系统的状态或参数,观测的方式是用电机的数学模型来预测(估计)电机的状态,而这个估计状态要被连续的以反馈校正方式进行校正。
该方法首先将输出变量定义为观测器的状态量,观测器的输出与实际电机检测值作比较,用其误差来纠正观测器的估计值。
具体方法是在状态估计方程中加一个校正项,包含有状态估计误差(状态估计值和测量值的偏差),于是该校正项就相当于一个误差补偿器,由它产生对状态估计方程的校正输入,由此构成了闭环状态估计,这样由状态估计方程(电机数学模型)加之校正环节就构成了状态估计器。
状态观测器位置估计法已在很多电机上得到应用。
(5)扩展卡尔曼滤波(EKF)[13-16]。
EKF是线性系统状态估计的卡尔曼滤波算法在非线性系统的扩展应用,是一种非线性系统的随机观测器,其优点是当出现系统和测量噪声时,仍能对系统状态进行准确估计。
EKF适用于高性能伺服驱动系统,可以在很宽的速度范围内工作,甚至在很低的速度下完成转速估计,也可以对相关状态和某参数进行估计。
另外,滤波器增益能够适应环境而自动调节,所以EKF本身就是一个自适应系统。
采用EKF估计法算法复杂,计算量大,需要计算功能强大的数字信号处理器(DSP)芯片支持;滤波器模型复杂、涉及因素多,很难确定实际系统的噪声级别和算法中的卡尔曼增益,且受电机参数的影响较大。
虽然可以在很宽的速度范围内运行,甚至可以降至很低的速度,但是在零速附302009,36(8)控制与应用技术 EMC A近,系统会散失控制能力,因为此时定子电压变得很小,其测量误差和电机模型的不确定性将会突出,这会导致状态估计误差增大。
(6)滑模观测器[17-20]。
滑模观测器是利用滑模变结构控制系统对参数扰动鲁棒性强的特点,把一般状态观测中的控制回路修改成滑模变结构的形式。
滑模变结构控制的本质是滑模运动,通过变结构变换开关以很高的频率来回切换,使状态的运动点以很小的幅度在相平面上运动,最终运动到稳定点。
滑模运动与控制对象的参数变化及扰动无关,因此具有很好的鲁棒性。
但是滑模变结构控制在本质上是不连续的开关控制,因此会引起系统抖动,在低速时将会引起比较大的转矩脉动。
在对位置或速度估计时会含有高次谐波,这是滑模观测器的不足之处,也影响了它在高性能伺服控制中的直接应用。
因此去抖动的同时仍然保证系统的鲁棒性是需要解决的问题。
2 高频信号注入法基于基波激励的方法虽然实施简单,但在零速或低速时会因反电势过小或根本无法检测而失败,故多只适用于高转速运行。
高频信号注入法为解决这一问题提供了有效途径。
这种方法的基本原理是:向电动机定子注入高频电压信号,使其产生幅值恒定的旋转磁场或者产生沿着某一轴线脉动的交变磁场,这个轴线可以是静止的,也可以是旋转的。
如果转子具有凸极性,这些磁场一定会受到凸极转子的调制作用,结果在定子电流中就会呈现与转子位置或速度相关联的高频载波信号,从这些载波中进一步提取出转子的位置或速度信息,由此确定位置或速度。
高频信号注入法从注入信号的不同,可以分为旋转高频信号注入法和脉动高频信号注入法。
(1)旋转电压注入法[21-22]。
旋转电压注入法是向电机在基波激励的基础上再迭加三相对称的高频正弦电压信号,在电机内产生旋转磁场,其旋转速度要远高于转子旋转速度,一定会受到转子凸极周期性的调制,调制结果自然要反映在电流上,使定子高频电流成为包含有转子位置信息的载波电流,进行调制处理后即可从中提取出相关的转子位置信息,以此来构成各种闭环控制。
该方法具体的高频电流载波调制方法有矢量变换和外差法,但从低幅度负序电流分量中获取转子位置自检测系统较为复杂,转子估算角度需作相位补偿,且转子位置信息提取过程的算法对其系统的动态性能影响较大。
旋转高频电压注入法利用电机的凸极性,因此主要用于凸极率较大的内埋式P M S M 。