基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计
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EKF的无位置传感器永磁同步陀螺电机控制方法的研究
变 的条件 ， 建立 电机 的系统 方程及 测量 方程 。
机 而言 ， 于空 载运行 ， 属 因此 负载转 矩 为 ０ 。
电机 状态 空间方 程为
一
一
＋
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●
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— —
两相定 子绕 组 电感 （ 相定 子 绕 组 电 两
转子 电角速 度 ；
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基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制的研究的开题报告
基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制的研究的开题报告一、选题背景与研究意义永磁同步电机(PMSM)是一种广泛应用于工业和民用的高性能电机，具有高效、高速、高精度等优点，成为电动汽车、船舶、风力发电和轨道交通等领域的典型应用。
目前，大多数PMSM控制方法都需要使用位置传感器进行电机转子位置和转速的反馈，从而实现高精度控制。
然而，传感器并非完美的，存在成本昂贵、可靠性低和安装不便等问题，因此带来一定程度的限制。
为此， PMSM无位置传感器控制技术逐渐成为研究热点。
基于卡尔曼滤波器(EKF) 的无位置传感器控制方法主要是通过测量电机轴承的电流来估算电机位置和转速。
该方法能够实时反馈电机的角度信息，从而提高控制的精度和鲁棒性，克服了传感器本身的不足。
二、研究内容和研究方法本项目旨在研究基于EKF的无位置传感器控制方法，在实际应用中实现更高效的PMSM控制。
具体研究内容如下：（1）PMSM控制原理及常用控制方法分析：了解PMSM基本结构、工作原理和通用的控制方法，明确EKF无位置传感器控制方法的优势和适用范围；（2）EKF算法原理及在PMSM控制中的应用：通过文献调研，阅读相关论文和资料，深刻理解EKF算法的基本原理和数学模型，并将该算法应用于PMSM的控制之中；（3）实验设计及仿真验证：基于matlab/simulink平台，搭建PMSM无位置传感器控制系统，进行仿真实验，分析系统的控制精度和稳定性；（4）结果分析和对比：通过实验结果对比和控制性能分析，对EKF 无位置传感器控制方法与常用控制方法在控制性能和实时性方面进行比较和评估；（5）模型优化和系统实现：在对实验结果进行充分分析和总结的基础上，提出优化方案，调整控制系统参数，最终实现PMSM的高性能控制。
三、预期成果本项目旨在通过具有实际应用价值的研究，提出一种高效的PMSM无位置传感器控制方法，以实现更高效、更精准、更鲁棒的PMSM控制。
预计完成以下成果：（1）全面分析常规PMSM控制方法的优缺点，揭示无位置传感器控制方法的优势和应用价值。
优化EKF算法的永磁同步电机参数估算
关键词：永磁同步电机；无差拍电流控制；扩展卡尔曼滤波；电流静差
中图分类号：TM341
文献标识码：A
DOI：
10.19457/j.1001-2095.dqcd19179
Parameter Estimation of PMSM Based on Optimized EKF Algorithm
the output voltage of the deadbeat
current predictve controller model，feedback current of the magnet synchronous motor and the motor
electrical angular velocity were used as the input of the optimized EKF algorithm. Then，
来消除恒定项，从而降低系统对模型参数准确性
的依赖；上述文献均是通过相应的算法增加系统
对模型参数的容许误差来提高系统的稳定性能，
没有进一步研究参数误差对电流静差的影响、提
出消除电流静差的方法。
文献［10］分析了控制器电机模型电感和磁链
误差会引起电流静差，通过在 d 轴电压分量上加
基金项目：国家自然科学基金项目（16051575097）；
电气传动 2019 年 第 49 卷 第 12 期
入积分补偿，再根据 q 轴电流的响应，动态调整控
制器电机模型磁链参数来消除电流静差；文献
［11］分析了预测控制模型参数误差对电流控制
ELECTRIC DRIVE 2019 Vol.49 No.12
电气传动 2019 年 第 49 卷 第 12 期
基于EKF的永磁同步电机定子绕组和转子磁铁温升估计 (1)
Γ( x k ) = I +
u) f ( x ， x
( 6)
T s 为系统采样周期． 其中， Δ( x k ) = h ( x ) x =
x = xk
[0 0
1 0
0 1
]．
( 7)
根据物理学定理， 定子绕组的电阻和绕组导线的电阻率 ρ 有关， 而电阻率 ρ 又和温度 T 和铜线的温 度 系数 α ρ 有关， 他们之间的关系如下: 1 + α ρ ( T － 20 ) ］ ， ρ T = ρ20 ˑ ［ 阻率． 因此铜线在 20ħ 时的电阻值和其在 Tħ 时的电阻值有: r T = r20 ˑ ［ 1 + α ρ ( T － 20) ］ ． 由此推出永磁电机定子绕组温度值和定子绕组在该温度值下的电阻值为: — 46 — ( 9) ( 8) 式中， α ρ = 0. 004 / ħ 是铜的温度系数; ρ20 是铜材料在 20 ħ 时的电阻率． ρ T 是在温度值为 Tħ 时的铜线电
基于优化EKF的永磁同步电机转速估计
基于优化EKF的永磁同步电机转速估计
王剑;黄植功;许金海
【期刊名称】《广西师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(032)004
【摘要】为了解决在永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制系统中,扩展卡尔曼滤波器在转速估计时系统噪声矩阵和测量噪声矩阵难以较准确获得的问题,提出了一种基于改进粒子群优化的扩展卡尔曼滤波器转速估计方法,该方法融合了粒子群算法与遗传算法的优点,经过实验仿真表明,当将此方法应用于卡尔曼滤波器系统噪声矩阵和测量噪声矩阵寻优时,与遗传算法、标准粒子群算法相比,改进粒子群优化的卡尔曼滤波器能更加迅速地找到较优解.
【总页数】7页(P11-17)
【作者】王剑;黄植功;许金海
【作者单位】广西师范大学电子工程学院,广西桂林541004;广西师范大学电子工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于优化EKF的永磁同步电机转速估计 [J], 曹炎广;王剑平;张果;杨晓洪
2.带有相电压补偿基于EKF的无传感器感应电机转速估计 [J], WANG Da-
fang;LI Qi;ZHANG Peng;JIN Yi;YANG Bo-wen;LIAO Jiang-min
3.基于AEKF的永磁同步电机转速估计算法研究 [J], 何智成; 张振宇; 周兵
4.基于模型参考分数阶自适应转速估计的永磁同步电机控制研究 [J], 刘传国;张宝;刘传乐
5.基于高频方波电压注入法和改进龙伯格观测器的永磁同步电机转速估计的研究[J], 巫庆辉;黄成鑫;侯元祥
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基于优化EKF的永磁同步电机转速估计
广西师范大学学报：自然科学版Journal of Guangxi Normal University: Natural Edition基于优化EKF的永磁同步电机转速估计王剑1，黄植功1，许金海2（１．广西师范大学电子工程学院，广西省桂林市 541004；２．桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西省桂林市 541004）摘要：为了解决永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制系统中，扩展卡尔曼滤波器在转速估计时系统噪声矩阵和测量噪声矩阵难以较准确获得的问题，提出了一种基于改进粒子群优化的扩展卡尔曼滤波器转速估计方法，该方法融合了粒子群算法与遗传算法的优点，经过实验仿真表明，当将此方法应用于卡尔曼滤波器系统噪声矩阵和测量噪声矩阵寻优时，与遗传算法、标准粒子群算法相比，改进粒子群优化的卡尔曼滤波器能更加迅速地找到较优解。
关键字：永磁同步电机；直接转矩控制；无速度传感器；扩展卡尔曼滤波；改进粒子群算法中图分类号：TM341 文献标识码：文章编号：0 引言无速度传感器直接转矩控制系统一直是电气传动领域研究的热点，而实现直接转矩控制系统的关键在于转速的准确获得。
传感器及相关器件的消除，不仅降低了系统成本，而且提高了系统的可靠性。
扩展卡尔曼滤波器（EKF）以其良好的动、稳态性能及噪声鲁棒性，被广泛应用于电机的转速估计中[1-11]。
使用EKF对永磁同步电机进行转速估计的主要问题之一是EKF噪声矩阵的准确获得，如果噪声矩阵选择不当，EKF的性能将受到影响甚至不能正常工作，就目前而言，噪声矩阵的取值尚无确定性的理论依据，通常的方法是经验调整法，该方法实现简单，但费时，过于依赖设计者的个人经验，而且取得的噪声矩阵也不能保证较优。
遗传算法（GA)，作为一种并行随机优化算法，已经证明了其在永磁同步电机直接转矩控制系统EKF性能上的优化[12]，但遗传算法存在易早熟、收敛速度慢、寻优能力差等不足。
标准粒子群算法(PSO)在EKF性能优化上也得到了应用[13]，但其在某些方面依然不尽人意，主要表现在容易陷入局部最优解，收敛精度差等，而本文提出的改进PSO(IPSO)融合了两者的优点，实验仿真表明，改进PSO优化的EKF在永磁同步电机转速估计上，总体性能要优于遗传算法和标准粒子群算法。
基于EKF的永磁同步电机直接转矩控制研究
永 磁 同步 电机 无速 度传 感器 调速 系统 因有功 率 因数 高 、转子 参数可 测 、定转 子气 隙大 、控制 性能好 等优 点 ，在 数控 机床 、工 业机器 人 以及航 空航天 等领 域得 到 日益 广泛 的应 用 。卡 尔曼 滤波 器 作为 基于最 小方 差估 计理 论基础 上发 展起 来 的一种算 法 ，扩 展 卡 尔曼 滤波器 提供 了一种 对非 线性 系统 的状态 进行 精确估 计 的解 决 方案 ，即直 接关 注包 括系统 和测 量噪 声在 内的干 扰噪 声所带 来 的影 响 。 Ｐ Ｓ 推 广卡 尔曼滤 波算 法 ＭＭ 为 了便 于分 析 ，对 永磁 同步 电动 机作 以下 假设 ：星形 联接 的 定子三 相绕 组在 空 间对 称分 布 ，气 隙磁 动 势和磁 通 的基波在 空 间 作正弦 分布 ，不计 铁心饱 和 ，忽略 涡流和 磁滞 损耗 。 采用 ｄ ｑ转子 同步 旋转 坐标 系 电机 模 型，ｄ轴 与磁 极方 向一 致 。转 子永磁 磁链 为 １。数学模 型 如下 。 ｌ ｒ
，
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２ Ｄ ｐｒ ｎ ｆ ｌ ｔ ｎｃａｄＥｅｔｃｌ ｎｉｅｒ ｇ ｎｖｒｉ ｆ ｈｆｅ ，Ｕ ． ｅａｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｌ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｕ ｉ ｓｙｏ ｅ ｌ ｍｅ ｏ Ｅ ｃ ｏ ｃｉ ｎ ｎ ｅ ｔ Ｓ ｆ ｄ Ｋ） ｉ
［ 摘要 ］ 选幽 坐标下的电机模型， 用３阶Ｅ Ｆ Ｋ 算法， 来估计电机定子绕组的电阻值和转子磁体的磁通量， 和静态时２℃室温 ０
下 测 得 的 定 子绕 组 阻 值 和 转 子 磁 通 量 作 比较 ， 而计 算 出对 应 的 电 机 定 子绕 组 和转 子 绕 组 的 温 度 值 ． 阻值 估 计 和 磁 通 估 计 分 进 电 别 独 立 进 行 ， 过对 实验 电机 的 实 际 测 量 和 估计 值 进 行 比较 具 有 较 好 的 一致 性 ． 通
［ 关键词 ］ 扩展的卡尔曼算法， 交流永磁电机， 参数辨识， 交流拖动 ［ 中图分 类号 ］Ｔ ３５ ［ Ｐ ９ 文献标识码］Ａ ［ 文章编号 ］６ ２１９ （０ １ ０ －０５０ １７ —２２ ２ １ ） １ ４ －６ ０
Ｅｓｉ ａ ｉｎ ｏ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ ｓｉ ａ ｏ ｉ ｄｉ ｎｄ ｔｍ ｔｏ ｆＴｅ ｒ ｔ ｅ Ｒｉｅ ｎ Ｓｔ ｔ ｒ Ｗ ｎ ｎｇ ａ Ｒｏ ｏ ａ ｎｅ ｆＰＭ Ｓ ｉｅ ｓ ｄ ｏ ｔ ｒ Ｍ ｇ ｔｏ Ｍ Ｄｒｖ ｓＢａ ｅ ｎ ＥＫＦ
第 １ 卷第 １ １ 期 ２ １ 年 ３月 ０ １
南京 师范大学 学报 （ 工程技术版 ） ＪＵ Ｎ ＬＯ Ａ Ｊ ＧＮ Ｒ Ａ ＮＶ Ｒ Ｉ （ Ｎ ＩＥ ＲＮ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＥ ＩＩＮ Ｏ Ｒ Ａ ＦＮ ＮＩ Ｏ Ｍ ＬＵ ＩＥ Ｓ Ｙ Ｅ ＧＮ Ｅ ＩＧＡ ＤＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ ＤＴＯ ） Ｎ Ｔ
Ｚｈ ｎ ｏ ｇ ｉｇ ， ｉｎ ａ ｌ ｎ Ｓｕ ｉｇ ｏ ｇ ， ｕ Ｚ Ｑ ａ ｇ Ｚｈ ｎ ｙｎ Ｊａ ｇ Ｘｉｏ ｉ ｇ ， ｎ Ｐ ｎ ｄ ｎ Ｚｈ ａ
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Ｖｏ． ｌＮｏ １ １ １ ． Ｍａ ．０ ｒ２ １ １
基 于 Ｅ Ｆ的 永 磁 同步 电机定 子 绕 组 Ｋ 和 转 子 磁 铁温 升 估计
张忠英 姜 晓亮 孙频东 Ｚ ｕＺＱ ， ， ，ｈ
（． １南京师范大学 电气与 自动化工程学院 ，江苏 南京 ， １０ ２； ２ ０４
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电机 温度测 量 ， 其是 在动 态运行 的情 况下 是一 个很有 意义 的工作 ， 尤 目前有 多种方 法 ＿ ， 如热 等效 ｌ 例
电路 法 ， 简化 的热 源和热 阻构成 热 等效 电路 ， 温度 场 的 问题转 化 为集 中参数 的热路 问题进 行 计算 ， 用 将 此 方法 虽具有 计算 简单 、 工作 量小 ， 能 给 出电机铁 心和 绕组 粗 略 的平 均温 度 ， 温度 误 差相 对 较 大且 不适 且 但 合用作 电机 的实 时状态 检测 ； 此外 还有 数值 计算法 、 限元 法 和 等效 热 网络 法等 ， 些 方法 都需 要 了解 电 有 这 机 内部 的物 理结 构 ， 再建 立 相应 的模 型进行 分析计 算 ， 比较复 杂 ； 电机 中加 入热 电阻 、 敏 电阻或 热 电偶 在 热 可 以用 于 电机动 态 的温 度测 量 ， 需要 在 电机制造 过程 中加 以安装 ， 但 而且 一般 只用 于对 电机定 子温 度 的测