基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测
永磁同步电机转子初始位置的检测方法
永磁同步电机转子初始位置的检测方法王冉珺;刘恩海【摘要】In order to resolve the problem, that rotor position inspection depends on motor parameters, and is too complex to calculate current phase which may cause rotor rotated during inspection, a method using high frequency voltage injection to estimate the initial rotor position for permanent magnet synchronous motor( PMSM) is presented. When the rotating high frequency voltage signal was injected into the motor windings, the rotor position could be derived from the phase of maximum of the current response after demodulating it, filtering it and fitting with least squares method. After that, the magnet polarity was identified using magnetic saturation effects. Both simulation and experimental results show that the proposed algorithms can detect rotor initial position without motor parameters and extra hardware while keeping rotor stand still. The average of estimation error is 3. 33 electrical degrees, satisfying the PMSM startup needs.%针对永磁同步电机初始位置检测已有方法依赖电机参数,电流相位提取算法复杂,并在检测过程中会造成转子发生转动等问题,提出一种基于高频电压信号注入检测电机初始位置的方法.该方法通过对高频电压响应的电流进行解调、滤波和最小二乘拟合处理后,再计算出正弦化响应电流最大值时的相位,便得到获取转子初始位置信息,最后利用磁路饱和凸极效应,判定永磁体的极性.仿真及实验结果表明,该方法能准确检测出转子初始位置,不会使转子发生移动,也不需要知道电机的参数,硬件结构简单.位置检测的平均误差为3.33°,可满足永磁同步电机的平稳启动需求.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2012(016)001【总页数】5页(P62-66)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置;高频注入;磁路饱和;最小二乘【作者】王冉珺;刘恩海【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言在永磁同步电机高性能控制系统中，若在不明确初始位置条件下启动电机，则会出现短暂的转子反转现象，甚至导致启动失败［1］。
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。
永磁同步电机转子初始位置检测方法
永磁同步电机转子初始位置检测方法作者：齐淑尊王文彬来源：《科学与财富》2017年第26期摘要：随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高科技产物被广泛应用到了国家的生产建设和人们的日常生活里，其中永磁同步电机就是其中之一。
因为永磁同步电机拥有很多优点，如体积小，实用效率高，耗能量低等，所以受到很多生产建设相关人士的好评。
但是，在永磁同步电机使用的过程中，还有需要注意的事项，尤其是永磁同步电机转子初始位置的检测，它对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用。
本篇文章就是通过对永磁同步电机转子初始位置检测方法方面的内容进行论述，并通过一些相关数据和公式，对其进行简要的分析，希望能对永磁同步电机在未来的发展提供帮助。
关键词：永磁同步电机；转子初始位置；高频信号注入；磁路饱和效应在过去的发展过程中，人们建设与生产的时候会应用到各种各样的机械设备，尤其是电机的使用率比其他相关设备的使用率更高。
但是传统的电机设备比较老化，工作效率也比较低，同时还会消耗大量的电能，影响国家的整体发展。
但是永磁同步电机在现代社会发展中的出现，大大提高了相关事业的生产与建设水平。
因为永磁同步电机的工作效率明显比传统电机的效率高，所以被广泛的应用在国家发展中的各个领域。
但是永磁同步电机能否良好的运作，与其转子初始位置有着密不可分的联系，要想良好的发挥永磁同步电机的作用，就要做好其转子初始位置的检测工作。
1 永磁同步电机转子的简要概述转子的初始位置对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用，如果在永磁同步电机被应用在某些工程建设或是某种产品生产的过程中，相关的监测管理人员没能及时的发现永磁同步电机转子初始位置的变化或者对转子初始位置偏移不能进行良好的预测，那么永磁同步电机的转子就会发生反转或是导致永磁同步电机失灵等状况，一旦这样的情况出现，不仅会对相关的建设或生产工作造成严重的影响，还会导致某些机械设备产生连带作用跟着一起失灵，从而造成生产或建设事故，更严重的还会造成人员伤亡。
永磁同步电机转子初始位置检测
上式中，转子角速度由ω指代，当它的取值为
因高频电压信号从电机绕组中通过，故而，可对定子电阻压降进行忽略，进一步得出定子电压方程和电流响应信号等[1]。
将高频旋转电压信号持续注入定子绕组中，即可得出三相静止坐标系中的电压，分别用U和ωh对高频电压信号幅值和角频率进行表示，继而依托3/2将其变换至两相
由上式可知，三相高频电流响应信号都是两个同频率正弦信号差，同频率正弦交流电压相加其性质不变，而幅值影响因素则是两个信号各自的幅值和相位差。
已知电机参数和高频注入信号的情况下，θ能调制三相高频电流响应信号幅值。
三相高频电流响应信号幅值与θ角变化规律相关，与正弦规律类似。
三相高频电流响应信号幅值变化幅度与电机凸性成正比。
倘若提取位置信息时使用查表方法，无论是注入高频电压信号幅值，还是角频率都会对该操作产生干扰，反之，
轴电感会随之减小，
图1定子磁势影响d轴磁路
由上述已知条件，对电机d轴电流表达式予以确定：
得出结论：i d与L sd成反比，L sd越大，i d越小。
该背景下，分别将同等时间和幅值的脉冲电压注入到不同的位置和（θ+π），继而对两次响应电流幅值进行检测和比较，得出转子位置角[3]。
3实验结果分析
采用一台内嵌式永磁同步电机，对永磁同步电机转子初始位置检测方法进行验证，分别将其额定电压和额定功。
一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法
说明书摘要本发明公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是：首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。
此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。
摘要附图1、一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，给定ˆq 轴电压ˆ0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆq轴电流ˆq i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到ˆq轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆；最后，对该幅值信号()f θ∆进行PI 调节，得到估计转速ˆω，对估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （4）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，在ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>；（5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。
2、如权利要求1所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β。
内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法
内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法刘庆飞【期刊名称】《电源学报》【年(卷),期】2017(015)001【摘要】针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题，提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。
基于凸极跟踪的原理，通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置，在此基础上，采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断，实现对估计转子位置的极性校正，并且补偿估计转子位置的偏移误差，从而得到转子初始位置。
在实验平台上进行了实验验证，实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置，实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。
%In orderto achieve the estimation of the initial rotor position for a position sensorless interior permanent magnet synchronous motor, a hybrid method based on rotating high frequency voltage signal injection together with a constant magnetic field method is proposed. First of all, an estimated rotor position is obtained by injecting high frequency voltage signal into stator winding. On this basis, a constant magnetic field method is used to identify the magnet polarity of the estimated rotor position. What’s more, it compensates the estimated error automatically. Then the initial rotor position can be obtained. In the end, the verification experiments were implemented on the experimental platform. The experimental results show that the proposed approach can identify themagnet polarity of the initial rotor position accurately and start up the permanent magnet synchronous motor successfully and reliably.【总页数】6页(P132-137)【作者】刘庆飞【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 廖晓文;刘桂雄2.基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 刘景林;鲁家栋3.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法 [J], 何栋炜;彭侠夫;蒋学程;周结华4.内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法 [J], 王高林;杨荣峰;于泳;徐壮;徐殿国5.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 李新旻;陈伟;张国政;王志强;陈炜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法
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S
应。故以上分析得出的高频激励下的永磁同步电机 数学模型具有普遍性。
X
2
永磁同步电机转子 d 轴位置检测原
i αi 、 i βi 不 仅 和 θ r 有 关 ， 观察式 （ 6 ） 可 知， 还与
图1
永磁同步电机模型
Fig. 1 The model of the PMSM
cos（ ω i t） 有关， 是一个随时间变化的量。 为了准确 i βi 电流分量通过带通滤波 获得高频电流信号， 将 i αi 、 电路（ BPF） 滤波并相乘得到
中图分类号：TM 351 文献标志码： A 文章编号： 1007－ 449X（ 2010 ） 03－ 0068－ 05
Initial rotor position inspection of PMSM based on rotating high frequency voltage signal injection
i pol αi = － i pol βi
2 V2 si d i d 2 2 （ Λ m ） sin （ θ r － ω i t ） cos （ θ r ） ， 2 ω2 d λ i d 2 2 V si d i d 2 = － 2 2 （ Λ m ） sin （ θ r － ω i t） sin（ θ r ） 。 2 ω i dλ d
[ ] [ ] [ ] [
（2）
] [ i ]。
i αi
βi
（3） 假定注入的高频电压信号为 V αi － sin（ ω i t） = V si ， V βi cos（ ω i t）
[ ] [
β
]
（4）
那么高频电压信号的磁链的方程为 V si cos（ ω i t） V αi λ αi dt = 。 ≈ ω i sin（ ω i t） Vi λi
基于脉振电压法的永磁同步电动机的初始位置检测
电机顺 利 起 动 、 现 高 精 度 控 制 策 略 的 前 提 条 件 。 实 多 圈式绝 对 值 光 学 编 码 器 可 以估 计 出转 子 初 始 位 置 ， 价格 高 昂 ， 多数伺 服 系统 中仍采 用增 量式 光 但 大
学 编码器 ， 这类 编码 器 无 法 在 上 电过程 中估 计 出转 子 的初始 位置 。 因此 必须 要通 过算 法实 现 电始位 置估 计 准确性 是保 证
［— ］ ４ ５ 先采 用 二 分 法 迭代 查 找 初 始 位 置 ， 根 据 定 再 论 上精 度可 达到 任 意 高 ， 且在 一 定 程 度 上 克服 电流
ｉ ；
子铁心的非线性磁化特性 曲线来判断 Ｎ Ｓ ／ 极性 ， ！ 理
（） ａ
（） ｂ
（） Ｃ
（） ｄ
图 １ 转 子 位置 和 电枢 反 应 对 磁 路饱 和 的影 响
÷ ｅ ｄｏ ・ｉ ＋ ｔ） ｄ（ ２ ｒ ｅ ｉ
２高频 脉 振 电压 注入 与信 号 处 理
向于零 ， 轴电流的二次谐 波分量趋向于最小值 ， 直 估算 出初始位置 的真值 ， 而实现 电机 转子的初始定 位。最后 ， 从 仿
真结果验证了该方法的有效性 。
关键词 ： 永磁 同步 电动机 ； 初始位置 ； 电感饱 和 ； 脉振 电压 法 ； 谐波分量
中图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ４ ７ １ （０ １ ０ － ０ ９ ０ １０ － ０ ８ ２ ｌ ）５ ０ ２ － ３