基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法
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。
基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法
基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法赵远洋;韩邦成;陈宝栋【摘要】三相开关式霍尔位置传感器常用于检测永磁同步电机低分辨率的转子位置信息.针对霍尔信号不对称引起转子位置及速度估算误差增大的问题,该文提出基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法.首先将三相霍尔信号经过3/2坐标变换转换为包含转子位置信息的霍尔旋转矢量;然后将同频跟踪滤波器分别作用于旋转矢量的两个正交分量,滤除其中的高频干扰,得到与转子位置相关的基频信号,该信号分别为转子位置的正弦与余弦函数;最后利用正交锁相环提取出精确的转子位置与速度信息.该方法可以有效降低由于安装工艺导致霍尔信号不对称所引起的转子位置及速度估算误差,实施过程简单,估计精度好,对电机参数不敏感,性价比高.仿真分析与实验验证了所提方法的正确性和有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2019(034)015【总页数】11页(P3147-3157)【关键词】霍尔位置传感器;位置与速度估算;坐标变换;同频跟踪滤波器;正交锁相环【作者】赵远洋;韩邦成;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】TM3510 引言永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因具有体积小、重量轻、能量密度高和运行可靠性高等优点而逐渐成为交流调速和伺服系统的主流驱动单元，在航空航天、汽车和家电等领域都有着广泛的应用[1-2]。
对电机进行高性能控制首先需要获得准确的转子位置。
霍尔转子位置预估方法及其误差校正
霍尔转子位置预估方法及其误差校正
荀倩;王培良;蔡志端;李祖欣;秦海鸿
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2017(032)006
【摘要】为提高转子位置检测精度,基于三相对称型开关霍尔传感器,设计了霍尔转子位置预估方法.首先,分析了霍尔位置估算方法的原理误差和霍尔安装偏差引起的固有误差.然后,针对直接校正法和线性校正法的不足,提出一种霍尔扇区初始位置校正法,对霍尔位置估算误差进行了校正.仿真和实验结果表明采用三相对称型霍尔传感器进行转子位置检测,利用误差校正算法之后,可以得到较好的位置精度,性价比高,可以应用于对成本要求苛刻的电机控制场合.
【总页数】11页(P145-155)
【作者】荀倩;王培良;蔡志端;李祖欣;秦海鸿
【作者单位】湖州师范学院工学院湖州 313000;湖州师范学院工学院湖州313000;湖州师范学院工学院湖州 313000;湖州师范学院工学院湖州 313000;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 211016
【正文语种】中文
【中图分类】TM301
【相关文献】
1.基于两相正交型开关霍尔转子位置预估方法 [J], 荀倩;秦海鸿;李寒松;聂新;曾庆喜
2.基于两相正交开关霍尔传感器的混合型转子位置预估方案的FPGA实现 [J], 周兆勇;徐征;李铁才
3.永磁同步电机转子位置与速度预估 [J], 刘家曦;李铁才;杨贵杰
4.基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法 [J], 赵远洋;韩邦成;陈宝栋
5.一种变参数N-PI型PLL的霍尔位置传感器PMSM转子位置估计方法 [J], 廖勇;李蓬威;林豪;燕罗成
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基于霍尔位置传感器的永磁同步电机速度估计方法研究
基于霍尔位置传感器的永磁同步电机速度估计方法研究作者：王凯王之赟宗兆伦张建亚张露锋来源：《电机与控制学报》2019年第07期摘;要：为了提高永磁同步电机（PMSM）驱动系统的环境适应性并降低控制系统成本，采用开关型霍尔位置传感器取代通常使用的高分辨率位置传感器—光电编码器或者旋转变压器进行转子位置和速度的估算，实现对电机的高性能矢量控制。
该文首先分析了传统霍尔位置传感器的估算算法，为了解决传统估算算法中的问题并提高霍尔位置传感器的估算效果，使用一种闭环的估算方法，将霍尔位置信号矢量化，前馈解耦后通过观测器估算出连续的位置信号，并结合改进的锁相环结构（PLL）提取速度信号，实现位置和速度的准确估算。
最后通过实验平台验证对比了该方法和传统的估算方法的性能。
关键词：霍尔传感器;永磁同步电机;矢量控制;位置观测器;锁相环中图分类号：TM 351文献标志码：A文章编号：1007-449X（2019）07-0046-07Abstract：In order to improve the environmental adaptability and reduce the cost of the permanent magnet synchronous motor （PMSM） control system，Halleffect sensors were taken to replace the traditional high resolution position sensorsoptical encoders or resolvers， which are usually used to achieve the rotor position and speed of the motor to realize vector control. The estimation algorithm of the traditional Hall position sensor was analyzed firstly. In order to solve the problems in the traditional estimation algorithm and improve the estimation performance of the Hall position sensor， a closed loop estimation method was proposed. Considering Hall position signals as vector signals， the position estimated observer with feedforward decoupling was used to gain continuous position information. Then the speed signal was extracted by the improved structure of phase locked loop （PLL）， realizing the accurate estimation of position and speed. Finally through the experiment platform， this estimated method was verified and compared with the traditional method.Keywords：Halleffect sensors; permanent magnet synchronous motor; vector control; position observer; phaselock loop0;引;言因永磁電机具有转矩密度高，机械结构简单，体积小的特点，近些年来永磁电机被广泛运用于生产生活领域。
基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置辨析
喏名L乃农别名阄2018,45 (8)控制与应用技术I EMCA基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置辨析张余超！2，迟颂！2，李雪1’"，杨海靖！2(!河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津300130;2.河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室，天津300130)摘要：提出了一种改进的基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置估计方法。
利用牛顿插值法对霍尔 元件提供的离散位置点进行曲线拟合，对位置信息进行预测、插值，从而估算出电机转子的实时位置信息。
改进后的方法可转子位置估算的，提供可靠的转子位置信息，提高了的。
在P-/仿真平台中对该算法进行了仿真验证，与传转子位置估算方法进行了对比，仿真验证了该方法的。
关键词！永磁同步电机"霍尔元件；转子位置估算中图分类号：TM 301.2 文献标志码： A 文章编号：1673-6540(2018)08-0019-05Rotor Position Analysis of Permanent Magnet Synchronous MotorBased on Hall-Effect Sensors #ZHANG Yuchao1，2，CHI Song1，2，LI Xue1，2，YANG Haijing1，2(1. State Key Laboratory of Reliability and Intelligence of Electrical Equipment，Hebei University of Technology，Tianjin 300130, China;2.Key Laborato?of Electromagnetic Field and Electrical Apparatus Reliability of Hebei Province，Hebei University of Technology，Tianjin 300130, China)Abstract: An improved rotor position estimation method of permanent magnet synchronous motor ( PMS Hall-effect sensors was proposed. According t o the Newton interpolation method，the curve fitting of d provided by Hall sensors was made. The real-time position information of the motor rotor was estimated in thealgorithm for position fitting and interpolating. This method promised to eliminate the step position of the r estimation and provided s table and reliable rotor position information，so that the stability of the closed-loop systemwas improved. The simulation based on the simulation platform of Plecs was built. Compared with t estimation method of rotor position，the results illustrated the effectiveness of the proposed method.Key words: permanent magnet synchronous motor #PMSM$; Hall-effect sensors; rotor position estimation0引言随着稀土永磁材料的发展，永磁同步电机(Permanet M agnet Synchronous Motor，PMSM)得以。
基于带通频率跟踪滤波器的永磁同步电机转子位置与速度估算
基于带通频率跟踪滤波器的永磁同步电机转子位置与速度估算李垣江;苗奎星;魏海峰;张懿;刘维亭
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2022(37)21
【摘要】在电动助力车用永磁同步电机(PMSM)控制系统中,针对PMSM在正常运行过程中发生霍尔位置传感器安装位置偏移的问题,提出基于带通频率跟踪滤波器的电机转子位置与速度估算方法。
该算法将三相霍尔信号通过坐标变换转换为霍尔矢量,通过带通频率跟踪滤波器与锁相环提取霍尔矢量中的电机转子位置信息,以实现在霍尔位置传感器安装位置偏移情况下,对永磁同步电机转子位置与速度信息的正确估算。
通过实验验证,该算法有效地减小了在霍尔位置传感器发生安装位置偏移时电机转速与电流的波动,提高了控制系统的可靠性和稳定性。
【总页数】12页(P5402-5413)
【作者】李垣江;苗奎星;魏海峰;张懿;刘维亭
【作者单位】江苏科技大学电子信息学院;苏州仕净环保科技股份有限公司;江苏云意电气股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于转子凸极跟踪的永磁同步电机转子位置的自检测方法
2.基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法
3.基于卡尔曼滤波的永磁同步电机转
子位置估算方法研究4.基于宽频带同步基频提取滤波器的永磁同步电机转子位置与转速估计5.基于双锁相环的永磁同步电机转子初始位置估算方法
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基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测
张 懿 1,2 张明明 1,2 魏海峰 1,2 李垣江 1,2 刘维亭 1
（1. 江苏科技大学电子信息学院 镇江 212000 2. 常熟瑞特电气股份有限公司 常熟 215500）
摘要 为了获得较高精度的永磁同步电机转子位置，提出一种基于开关型霍尔位置传感器的 新型转子位置观测算法。当电机低速运行时，采用改进的一阶加速度算法，引入转速与交轴电流 估算转子位置；当电机中高速运行时，利用霍尔位置传感器输出的转子位置信号对滑模观测器算 法估算的转子位置数值进行分段线性校正，结合改进的一阶加速度算法进行加权平均处理，得到 估算的转速和转子位置。实验结果表明，新型观测算法可减小一阶加速度算法滞后性与霍尔传感 器安装误差带来的影响，能在宽速度范围内精确地估算电机转子位置，实现永磁同步电机矢量控 制系统的高性能控制。
0 引言
Zhenjiang 212000 China 2. Changshu Ruite Electric Co. Ltd Changshu 215500 China）
Abstract In order to obtain a higher precision rotor position of permanent magnet synchronous motor, a new rotor position estimation algorithm is proposed based on low-cost switching Hall position sensor. When the motor runs at low speed, the improved first-order acceleration algorithm is used to introduce the quadrature-axis current to estimate the rotor acceleration and the rotor position. When the motor runs at medium or high speed, the rotor position output by the Hall position sensor is used to perform the piecewise linear correction on the rotor position estimated by the improved sliding mode observer method. Then the linear weighting method is used to obtain the estimated rotor position and rotor angular velocity by the improved first-order acceleration algorithm and the improved sliding mode observer method. The experimental results show that the new estimation algorithm can reduce the influence of the hysteresis of the first-order acceleration algorithm and the installation error of the Hall position sensor. It can also accurately estimate the rotor position of the motor in a wide speed range and
基于线性霍尔误差补偿的高速永磁同步电机转子位置检测技术
1.4低通滤波器的影响 为抑制谐波以及干扰信号的影响，霍尔信号采
样电路中加入低通滤波器(low-pass filter, LPF)，造 成的位置误差为
A0{ = - arctan(—) o
的误差，影响电机的运行性能。
图1霍尔元件安装位置和输出信号 Fig. 1 Hall installing position and output signal
为提高位置估算精度,在仿真与实验中通常选
用锁相环代替反正切运算获取转子位置，原理结构
如图2所示，其位置解算原理可表示为
e = sin0rcos0r 一 cos0rsin0rO
值不相等导致解算的位置信号存在一个直流和一个
二倍基频的误差，即
A0r =号(1 + cos2&)。
(6)
图2锁相环原理框图 Fig. 2 Principle block diagram of phase-locked loop
1.1两路霍尔信号幅值不相等 当2个霍尔元件的灵敏度存在差异时，同样的
磁感应强度下输出的电压大小不相同，导致两路霍 尔信号幅值不相等。除此之外，由于安装导致的2 个霍尔元件与转子的距离不相等，以及霍尔信号调 理电路参数不同也会导致霍尔信号幅值不相等。此 时两路霍尔信号可表示为
差进行分析，并提出了相应的误差补偿方法。当两路霍尔信号幅值不相等、相位非正交时，检测的
转子位置信号中存在二倍基频的误差分量，对此提出一种基于坐标变换的位置误差补偿方法，即构
造坐标变换以提取出霍尔信号中的正序分量,根据其正序分量解算出转子位置；当霍尔信号采样调
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Abstract Three-phase hall sensors are commonly utilized in permanent-magnet synchronous motor (PMSM) to provide low resolution rotor position. In order to correct the rotor position estimation error of PMSM, the hall vector phase tracking (HVPT) method was proposed. Firstly, the hall rotation vector which contains the rotor position information was obtained by 3/2 coordinate transformation. Secondly, the synchronous frequency tracking-filters were applied in two orthogonal components of the hall rotation vector. Next, the fundamental waves which contain the sine and cosine function of the rotor position were obviously obtained as their high-order harmonic nosies were filtered out. Finally, the orthogonal phase-locked loop was used in the fundamental waves to estimate the rotor position and speed. This method using HVPT which can compensate the estimated error caused by the mechanical unevenness related to hall sensors has the feature of no needs for system parameters, easily implemented and low cost. The validity of the proposed method is verified through simulation and experimental results.
2019 年 8 月 第 34 卷第 15 期
电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
DOI：10.19595/ki.1000-6753.tces.180645
Vol.34 No.15 Aug. 2019
基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子 位置与速度估算方法
3148
电工技术学报
2019 年 8 月
0 引言
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因具有体积小、重量轻、能量密度高 和运行可靠性高等优点而逐渐成为交流调速和伺服 系统的主流驱动单元，在航空航天、汽车和家电等 领域都有着广泛的应用[1-2]。
关键词：ห้องสมุดไป่ตู้尔位置传感器 位置与速度估算 坐标变换 同频跟踪滤波器 正交锁相环 中图分类号：TM351
Speed and Rotor Position Estimation for PMSM Based on Hall Vector Phase-Tracking
Zhao Yuanyang1,2 Han Bangcheng1,2 Chen Baodong1,2 （1. Science and Technology on Inertial Laboratory Beihang Univerity Beijing 100191 China 2. Beijing Engineering Research Center of High-Speed Magnetically Suspended Motor Technology and
Keywords：Hall sensors, position and speed estimation, coordinate transformation, synchronous frequency tracking-filter, orthogonal phase-locked loop
民用航天技术预先研究项目、国家自然科学基金项目（61822302）资助。 收稿日期 2018-04-18 改稿日期 2018-09-13
赵远洋 1,2 韩邦成 1,2 陈宝栋 1,2
（1. 北京航空航天大学惯性技术重点实验室 北京 100191 2. 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）
摘要 三相开关式霍尔位置传感器常用于检测永磁同步电机低分辨率的转子位置信息。针对 霍尔信号不对称引起转子位置及速度估算误差增大的问题，该文提出基于霍尔矢量相位跟踪的永 磁同步电机转子位置与速度估算方法。首先将三相霍尔信号经过 3/2 坐标变换转换为包含转子位 置信息的霍尔旋转矢量；然后将同频跟踪滤波器分别作用于旋转矢量的两个正交分量，滤除其中 的高频干扰，得到与转子位置相关的基频信号，该信号分别为转子位置的正弦与余弦函数；最后 利用正交锁相环提取出精确的转子位置与速度信息。该方法可以有效降低由于安装工艺导致霍尔 信号不对称所引起的转子位置及速度估算误差，实施过程简单，估计精度好，对电机参数不敏感， 性价比高。仿真分析与实验验证了所提方法的正确性和有效性。
对电机进行高性能控制首先需要获得准确的转 子位置。常用的转子位置检测方法主要包括有位置 传感器、无位置传感器及准无位置传感器控制方法。 传统的有位置传感器检测方法常采用光电编码器、 旋转变压器等传感器。这些传感器可以获得较高的 位置分辨率，但同时导致系统成本和体积增加、硬 件结构更加复杂，甚至降低了系统的可靠性。无位 置 传 感 器 位 置 检 测 [1-4]方 法 主 要 分 为 基 于 基 波 数 学 模型的估计方法和基于高频信号注入的估计方法两 类。目前，这两类方法都还不能实现全转速范围内 转子位置与速度的估算。同时位置与速度估算性能 受 电 机 参 数 、电 机 温 度 、逆 变 器 非 线 性 等 因 素 的 影 响，还无法实现低成本、高性能的目标。