无位置传感器伺服系统控制策略的研究PowerPoint
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伺服控制系统设计PPT课件
特征方程式未出现s的二次项，由Routh
稳定判据可知，系统不稳定。
.
22
3.3 双闭环伺服系统
将APR改用PID调节器，其传递函数
伺服W A 系P R(统s)的W 开P ID 环(s)传K 递p函(is 数 1 )i(s ds 1 )
W o p ( s ) K p (is 1 i （ ) sd s 1 )s C 2 ( T T / i( s j J 1 ) ) K (s is 3 ( T 1 i（ s ) 1 d ) s 1 )
WAPR(s)WPI(s)Kp(isi s1)
.
18
3.3 双闭环伺服系统
双闭环位置伺服系统结构图
.
19
3.3 双闭环伺服系统
系统的开环传递函数为
W o p(s)K p(iis s 1 )sC 2(T T /i(sj J1 ))K s3 ((T iis s 1 1 ))
系统的开环放大系数
K
复合控制位置伺服系统的结构原理图
.
36
3.5 复合控制的伺服系统
前馈控制器的传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s
)
.
37
3.5 复合控制的伺服系统
理想的复合控制随动系统的输出量能够完 全复现给定输入量，其稳态和动态的给定误 差都为零。 系统对给定输入实现了“完全不变性” 。 需要引入输入信号的各阶导数作为前馈控 制信号，但同时会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统的稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
如果合理设计则可以综合改善伺服系 统的动态和静态特性。
PID串联校正装置的传递函数为:
WPID(s)Kp(is1)i(sds1)
永磁同步电机无位置全速控制ppt课件
不连续的控制规律，来使系统的结构不断的变换，迫使系统在一 定的条件下沿着规定的状态轨迹作小幅度，高频率的上下运动。 使系统沿着规定好的超平面向平衡点滑动。
9
基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器
二、基于IPMSM的滑模运动
在α-β轴系下，扩展反电动势为 e E sin 和e E cos ，可知扩展
3
研究的主要内容
在IPMSM双闭环矢量控制系统中，使用旋 转高频电压信号注入法与反电动势模型法相结 合的无传感器混合控制策略，获得转子位置信 号，实现调速。
研究的对象：内置式永磁同步电（IPMSM） 控制量：IPMSM的转速 被控量：IPMSM的定子电流和电压
4
整体的结构框图
5
零/低速下转子位置检测-旋转高频电压信号注入法
高频信号注入法 (HFIM) 是基于永磁同步电机的凸极效应提出的一种适用于零速 和低速下检测电机位置和转速的无速度传感器控制方法，结合优化的矢量控制策略能 够实现相当好的调速效果。其中，按照注入信号的性质可以分为电压HFIM和电流 HFIM，每种注入信号又可以分为旋转HFIM和脉动HFIM，交叉结合可以形成四种注 入方法，每种方法因注入信号的形式不同，对高频响应的处理方法也不同。本次研究 的是旋转高频电压注入法检测零/低速下转子位置检测。
exteete反电动势中含有转子位置信息，估算出扩展反电动势的值即可知道转子位置。
在α-β轴系下，定子的电流方程为
根据电流方程，即可构造出滑模电流观测器，估算转子位置信息。
10
基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器
三、滑模电流观测器
选择电流误差矢量Is 用于定义滑模面，并通过高频非线性开关控制 迫使电流估计误差的幅值趋于零，从而实现对转子位置角的估计。
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基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器
二、基于IPMSM的滑模运动
在α-β轴系下，扩展反电动势为 e E sin 和e E cos ，可知扩展
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研究的主要内容
在IPMSM双闭环矢量控制系统中，使用旋 转高频电压信号注入法与反电动势模型法相结 合的无传感器混合控制策略，获得转子位置信 号，实现调速。
研究的对象：内置式永磁同步电（IPMSM） 控制量：IPMSM的转速 被控量：IPMSM的定子电流和电压
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整体的结构框图
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零/低速下转子位置检测-旋转高频电压信号注入法
高频信号注入法 (HFIM) 是基于永磁同步电机的凸极效应提出的一种适用于零速 和低速下检测电机位置和转速的无速度传感器控制方法，结合优化的矢量控制策略能 够实现相当好的调速效果。其中，按照注入信号的性质可以分为电压HFIM和电流 HFIM，每种注入信号又可以分为旋转HFIM和脉动HFIM，交叉结合可以形成四种注 入方法，每种方法因注入信号的形式不同，对高频响应的处理方法也不同。本次研究 的是旋转高频电压注入法检测零/低速下转子位置检测。
exteete反电动势中含有转子位置信息，估算出扩展反电动势的值即可知道转子位置。
在α-β轴系下，定子的电流方程为
根据电流方程，即可构造出滑模电流观测器，估算转子位置信息。
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基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器
三、滑模电流观测器
选择电流误差矢量Is 用于定义滑模面，并通过高频非线性开关控制 迫使电流估计误差的幅值趋于零，从而实现对转子位置角的估计。
第五章 伺服驱动系统PPT课件
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的接通次序，可得 到各种需要的运行特性。 （一） 步进电动机的分类
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
第六章：伺服系统(6学时)PPT课件
4
四、常见三种电气伺服驱动装置的特点：
1、步进电机（Stepping Motor）
✓转角与数字脉冲成比例，可构成直接数字控制 ✓构成廉价的开环系统 ✓控制系统控制较简单
2、直流伺服电机(DC Servo Motor)
✓高响应、高功率密度 ✓可实现高精度的数字控制 ✓换向器件需维护
3、交流伺服电机(AC Servo Motor)
对于直线移动的工作台，折算到丝杠轴的转动惯量为：
J
M
(
p
2
)2
丝杠轴折算到电机轴的转动惯量为：
J
1 i2
J
z
2
Js
p M(
2
)
2
因此，折算到电机轴的等效转动惯量Jd为：
Jd
Jm
J z1
1 i2
J
z
2
Js
M
(
p
2
)
2
对于齿轮齿条传动的工作台，折算到驱动轴的转动惯量为：
J M R 2 R为齿轮分度圆半径
TN
Jm
d
dt
因此，比功率为：
dP dt
TN2
/
Jm
2、快速性好；调速范围宽（1：1000以上）；适应启停频繁的工作要 求等。
6
§ 6.2 步进电机伺服驱动
一、步进电机工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件，电机绕组每接 受一个脉冲，转子转过相应的角度（即步距角），低频率运行时，明显 可见电机轴是一步一步转动的，故称为步进电动机。
适用范围：空压伺服、步进电机伺服、 交流直流伺服、液压伺服
2
三、伺服系统基本要求
精度 指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用稳态误差表示
四、常见三种电气伺服驱动装置的特点：
1、步进电机（Stepping Motor）
✓转角与数字脉冲成比例，可构成直接数字控制 ✓构成廉价的开环系统 ✓控制系统控制较简单
2、直流伺服电机(DC Servo Motor)
✓高响应、高功率密度 ✓可实现高精度的数字控制 ✓换向器件需维护
3、交流伺服电机(AC Servo Motor)
对于直线移动的工作台，折算到丝杠轴的转动惯量为：
J
M
(
p
2
)2
丝杠轴折算到电机轴的转动惯量为：
J
1 i2
J
z
2
Js
p M(
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因此，折算到电机轴的等效转动惯量Jd为：
Jd
Jm
J z1
1 i2
J
z
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Js
M
(
p
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)
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对于齿轮齿条传动的工作台，折算到驱动轴的转动惯量为：
J M R 2 R为齿轮分度圆半径
TN
Jm
d
dt
因此，比功率为：
dP dt
TN2
/
Jm
2、快速性好；调速范围宽（1：1000以上）；适应启停频繁的工作要 求等。
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§ 6.2 步进电机伺服驱动
一、步进电机工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件，电机绕组每接 受一个脉冲，转子转过相应的角度（即步距角），低频率运行时，明显 可见电机轴是一步一步转动的，故称为步进电动机。
适用范围：空压伺服、步进电机伺服、 交流直流伺服、液压伺服
2
三、伺服系统基本要求
精度 指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用稳态误差表示
第四章-数控机床的驱动与控制系统-伺服系统与位置检测概要PPT课件
ii）. 鉴幅式
励磁电压：
Us =(Umsin)sinwt Uc =(Umcos)sinwt
q q 感应电势： E = K U m sinsin w tc o s K U m c o ssin w tsin = K U m sin w tsin ( q)
当改变α ，使U=0，则θ=α, 而α为已知量，同旋转变压器有：
只需要测出转子感应电压的相位，就知道转轴的角度。
11.01.2021
6
第一节 常用的位置检测装置
ii）.鉴幅式
通过对旋转变压器转子绕组中感应电 势幅值的检测来实现位移检测的。
励磁电压：
Us =(Umcos)sinwt
S1
Uc =(Umsin)sinwt
感应电势： E s=K U ssin(90q)=K U msinsinw tcosq E c=K U csin( q)=K U mcoscosw tsinq
例如，二进制码1101对应的葛莱码为1011，其演算过程 如下：
1101 （二进制码） 1101（不进位相加，舍去末位）
1011 （葛莱码）
11.01.2021
16
第一节 常用的位置检测装置
五、光栅
位置检测装置．将机械位移或者模拟量转变为数字脉冲， 反馈给数控装置，实现闭环控制．
1.结构和种类
包括： 标尺光栅 固定在机床活动部件上 指示光栅 安装在读数头内
第四章 数控机床的位置检测与伺服控制
第一节 常用的位置检测装置 第二节 数控机床的伺服系统概述 第三节 步进电机及其驱动装置 第四节 交流伺服系统
11.01.2021
1
第一节 常用的位置检测装置
作用：
检测位移和速度，并发出反馈信号，构成 闭环或半闭环控制。
运动控制——伺服系统ppt课件
速。这种维持与相位差为90º，利用改变控制电压幅值大小来
改变转速的方法，称为幅值控可编制辑课方件 法。
24
三、步进电动机及其控制
1、工作原理：
当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的 路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级 对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小 的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时针 方向转动一定的角度。
系统等效转动惯量系统等效转动惯量的计算的计算系统运动部件动能的总和为系统运动部件动能的总和为二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计dx3737设等效到执行元件输出轴上的总动能为设等效到执行元件输出轴上的总动能为根据动能不变的原则有根据动能不变的原则有系统等效转动系统等效转动惯量为惯量为为执行元件输出轴的转速为执行元件输出轴的转速radrads二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计dxdx3838等效负载转矩的计算等效负载转矩的计算设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和执行元件输出轴在时间内的转角为执行元件输出轴在时间内的转角为则执行元件所作的功为则执行元件所作的功为由于由于所以执行元件输出轴所承受的负载所以执行元件输出轴所承受的负载转矩为转矩为二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计3939执行元件功率的匹配执行元件功率的匹配1
可编辑课件
3
二、伺服系统类型
从系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统、 液压伺服系统和电气—液压伺服系统、电气—气 动伺服系统等；
从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速 度伺服系统和位置伺服系统等；
从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来 看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；
从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多 回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
永磁同步电机无位置传感器矢量控制课件
永磁同步电机无位置传感器矢量控 制课件
• 引言 • 永磁同步电机基础 • 无位置传感器技术 • 无位置传感器矢量控制策略 • 实验与分析 • 结论与展望
01 引言
研究背景与意义
背景
随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的飞速 发展，交流伺服系统在高性能的伺服系统领域得到了 广泛的应用。而永磁同步电机(PMSM)由于其高效、 高性能、高精度的特点，在交流伺服系统中得到了广 泛的应用。然而，对于PMSM矢量控制，一般需要使 用位置传感器来检测电机的位置，这不仅增加了系统 的成本，也降低了系统的可靠性。因此，研究无位置 传感器矢量控制技术对于提高交流伺服系统的性能、 降低成本、提高可靠性具有重要意义。
观测器算法设计与分析
算法设计
观测器算法是一种通过对系统状态进行估计和预测来实现控制的方法。在无位置传感器控制中，观测器算法被用 于估算电机的位置和速度等信息。常见的观测器算法包括卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、粒子滤波器等。
分析
观测器算法的设计与分析是实现无位置传感器控制的关键之一。通过对观测器算法的误差进行分析和优化，可以 提高估算的准确性，从而提高电机的控制性能。同时，还需要考虑观测器算法的稳定性和实时性要求，以满足实 际应用的需求。
对于不同类型和结构的永磁同步电机 ，无位置传感器矢量控制策略的具体 实现方法也需要进行相应的调整和优 化。
未来研究可以探索新的无位置传感器 检测技术，提高检测精度和可靠性， 进一步简化电机控制系统结构。
THANKS 感谢观看
研究现状与发展
要点一
现状
目前，对于PMSM的无位置传感器矢量控制技术，已经有 很多研究者和企业进行了研究和开发。其中，最为常见的 算法包括基于反电动势的无位置传感器矢量控制、基于磁 通观测器的无位置传感器矢量控制、基于智能控制的无位 置传感器矢量控制等。这些算法在性能上各有优劣，但都 能够实现PMSM的无位置传感器矢量控制。
• 引言 • 永磁同步电机基础 • 无位置传感器技术 • 无位置传感器矢量控制策略 • 实验与分析 • 结论与展望
01 引言
研究背景与意义
背景
随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的飞速 发展，交流伺服系统在高性能的伺服系统领域得到了 广泛的应用。而永磁同步电机(PMSM)由于其高效、 高性能、高精度的特点，在交流伺服系统中得到了广 泛的应用。然而，对于PMSM矢量控制，一般需要使 用位置传感器来检测电机的位置，这不仅增加了系统 的成本，也降低了系统的可靠性。因此，研究无位置 传感器矢量控制技术对于提高交流伺服系统的性能、 降低成本、提高可靠性具有重要意义。
观测器算法设计与分析
算法设计
观测器算法是一种通过对系统状态进行估计和预测来实现控制的方法。在无位置传感器控制中，观测器算法被用 于估算电机的位置和速度等信息。常见的观测器算法包括卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、粒子滤波器等。
分析
观测器算法的设计与分析是实现无位置传感器控制的关键之一。通过对观测器算法的误差进行分析和优化，可以 提高估算的准确性，从而提高电机的控制性能。同时，还需要考虑观测器算法的稳定性和实时性要求，以满足实 际应用的需求。
对于不同类型和结构的永磁同步电机 ，无位置传感器矢量控制策略的具体 实现方法也需要进行相应的调整和优 化。
未来研究可以探索新的无位置传感器 检测技术，提高检测精度和可靠性， 进一步简化电机控制系统结构。
THANKS 感谢观看
研究现状与发展
要点一
现状
目前，对于PMSM的无位置传感器矢量控制技术，已经有 很多研究者和企业进行了研究和开发。其中，最为常见的 算法包括基于反电动势的无位置传感器矢量控制、基于磁 通观测器的无位置传感器矢量控制、基于智能控制的无位 置传感器矢量控制等。这些算法在性能上各有优劣，但都 能够实现PMSM的无位置传感器矢量控制。
伺服电机控制技术ppt
基于多层感知器的神经网络设计方法
基于神经网络的控制器优化设计
基于强化学习算法的控制器优化设计方法
基于深度学习的控制器优化设计方法
控制算法的实时实现与优化
控制算法的模块化设计
控制算法的并行计算实现
控制算法的硬件加速实现
控制算法的实时性优化策略
伺服电机控制技术在机器人领域的应用
05
机器人用伺服电机控制系统构成
智能伺服电机控制技术的研究与展望
THANKS
感谢观看
机器人领域
在医疗器械领域中，伺服电机控制技术被广泛应用于手术机器人、无创手术等领域中，实现高精度的手术操作。
医疗器械领域
在新能源领域中，伺服电机控制技术被广泛应用于风力发电机、太阳能发电等领域中，实现新能源设备的稳定运行。
新能源领域
伺服电机控制系统组成与原理
02
03
伺服电机编码器
用于检测电机的实际运动状态，并将检测到的运动状态反馈给控制器，以便控制器根据反馈信息进行调整和控制
基于PID的控制策略
速度环控制原理
速度环控制是通过控制电机的转速来实现系统控制的一种方法，通常采用PI控制器来实现速度的精准控制。
速度环控制实现
速度环控制实现需要设置转速的给定值，并通过测量电机的实际转速作为反馈，采用PI控制器来进行调节。
基于速度环的控制策略
位置环控制是通过控制电机的位置来实现系统控制的一种方法，通常采用伺服放大器或位置控制器来实现。
复杂控制策略研究
伺服电机控动态性能
衡量伺服系统对外部干扰的响应速度和鲁棒性
快速性
表示伺服系统从静止状态到达参考轨迹所需的时间
稳态误差
评估伺服系统跟踪参考轨迹的能力
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无传感器技术的应用给永磁同步电机带来 了起动问题。机械式位置传感器能探知电 机静止时转子磁极位置，使电机和逆变器 配合工作于自控同步状态，因而电机起动 不会失步。无传感器技术无法在电机静止 时从电机的电气特性知道转子的初始位置。 只有电机起动到一定的转速后，电机才能 正常运行于无位置传感器状态下。因此， 电机初始转子位置检测和起动问题是同步 电机实现无位置传感器运行的一大问题。
3.4 硬件实现
在理论分析的基础上，设计永磁同步电动 机全数字控制硬件平台，采用DSP2812专 用语言编制控制程序，并作实验论证;最后 设计开发相应的上位机监控软件，实现 DSP与上位机的通讯。
4 研究基础
1.永磁同步电机的矢量控制理论 2.MATLAB仿真 3.DSP 4.上位机通讯软件设计 5.电路及PCB图设计
同步电机无位置传感器技术是在数字信 号处理器(DSP)出现后得以发展的。DSP的 高速信息处理能力使无位置传感器控制技 术的复杂算法能得以实现。在无位置传感 器技术方面，许多学者作出了研究，提出 了切实可行的方法。
主要方法有：
（1）.基于PMSM基本电磁关系估算位置和 转速的方法
（2）.基于对电机特殊特性分析基础上的估 计方法
3.1 无位置传感器控制系统结构图
3.2拟采取的研究方法及技术路线
具体研究过程中将建立永磁同步电机在不同坐标 系下的数学模型，在此基础上深入分析永磁同步 电机的内部电磁约束关系，这些电磁约束关系对 了解永磁同步电机的原理和研究高性能的控制决 策提供了理论依据。建立适合闭环控制SVPWM 逆变器仿真模型，使用该模型可以大大提高仿真 速度，对闭环控制系统进行的仿真研究，验证模 型的正确性。通过仿真，可以深入理解空间电压 矢量的控制原理以及控制效果，同时也可加快实 际系统的设计和调试过程。
（3）.基于各种观测器技术的位置辨识方法 （4）.人工智能理论基础上的估算方法
2.1 研究目标
本课题研究的主要目标是实现永磁同步 电机无位置传感器控制，使得在实际的电 机控制中能够脱离位置传感器，降低成本， 并且能够达到采用位置传感器控制时一样 的控制效果。
2.2永磁同步电动机无位置传感器控制中需 解决的问题
无位置传感器控制实质上就是调速系统中
由软件算法递推得到转子位置和转速来代
替由外加传感器实现的转角和转速测量部
分，其他部分与常规的调速系统相同。电
机端电压和相电流经过坐标变换转化为静 止坐标系下的电压和电流量，输入到EKF （非线性系统的扩展卡尔曼滤波算法）中
得到转速和转子位置，经过转速修正环节， 把它送入PI控制器，输出电机控制电压，经 过逆变器后加到电机上。
传感器控制系统的研究还有待进一步深入，存在着比较大
的发展空间。本系统实现后能大大减少系统成本，提高系
统可靠性，减少系统维护的工作量。同步电机传动系统需
要对其速度和位置进行控制。高精度的电机系统对速度控
制和位置控制提出很高的要求，相应地对传感器的要求提
高。目前，传感器向小型化、低成本和高分辨率、多功能
3.2.1卡尔曼最优估计原理
采用卡尔曼最优估计原理，将其应用到交流 永磁同步电动机伺服系统中，并能够提出一种基 于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机(PMSM)无 速度传感器调速系统的方法。结合卡尔曼滤波原 理，通过在静止坐标系下对电机非线性方程进行 线性化，给出一种对永磁电机的转子位置角和转 速进行实时在线最优估计的方法。该方法具有优 良的转角跟踪特性和较好的转速跟踪特性，同时 系统要具有较强的抗负载扰动性能和较佳的控制 性能。
2.3 研究安排
》》》理论分析，算法选择 》》》进行MATLAB仿真试验 》》》设计硬件电路 》》》编写DSP程序 》》》在硬件上进行调试
2.4 当前工作
当前的工作便是如何建立无位置传感器的 永磁同步电机伺服系统的数学模型，并确 定最佳的算法，实现对转速的准确预估和 电机的矢量控制。
无位置传感器伺服系统控制策 略的Biblioteka 究黄飞 控制理论与控制工程
1.1研究意义
永磁同步电动机交流伺服系统是机电一体化产品，是
多学科技术相结合的产物。它的驱动、控制更是和电子技
术息息相关。因此，进行永磁同步电动机控制系统的研究
对于我国工业现代化建设有着重要的意义。永磁同步电动
机控制虽然已经发展到相当成熟的阶段，但是对其无位置
谢谢！
自主保安重在自觉，相互保安贵在互 爱。21.2.2421.2.24Wednesday, February 24, 2021
3. 3启动问题
针对无位置传感器控制方法检测电机转子 初始位置问题，提出一种利用恒定的定子 磁场将永磁转子进行初始定位，然后利用 旋转磁场锁定转子位置的新起动方法。
因此，启动时通过适当控制逆变器三桥臂 的通断状态，可以将转子初始位置锁定在0 度位置(转子与定子A相重合)。初始定位后 为了实现电机顺利启动，启动过程程序只 处理电流环(给定恒定的转矩电流)，并产生 一个低频的旋转磁场，由该磁场带动转子 旋转一周，再切换双闭环控制、转速估算， 进行正常的加速过程。旋转磁场的频率不 能太高，具体值由实验决定。
两个方向发展。电机系统中传感器的存在阻碍了电机向高
速化、小型化发展。因此，无传感器技术的研究在高速电
机、微型电机的控制和一些特殊场合具有重要的意义。
（1）.降低成本 （2）.减小电机的体积 （3）.提高系统可靠性 （4）.减少维护量
1.2 国内外研究现状
由于使用传感器给永磁同步电动机系统 带来很多问题，所以无传感器的控制系统 越来越引起人们的重视。无传感器控制系 统是指利用电机绕组中的有关电信号，通 过适当方法估计出转子的位置和转速，取 代传感器，实现电机的闭环控制。
难点：模型复杂
设计参数较多
参数不易得到
3.2.2基于估计坐标系
基于估计坐标系提出PMSM无位置传感器 矢量控制的一种新的状态估计方法。能够 将电气稳态操作概念引入电机的状态估计 中，解决暂态过程中转子速度、位置估计 不精确的问题。在讨论状态估计算法对电 机参数依赖性的基础上，给出估计误差补 偿算法。
3.4 硬件实现
在理论分析的基础上，设计永磁同步电动 机全数字控制硬件平台，采用DSP2812专 用语言编制控制程序，并作实验论证;最后 设计开发相应的上位机监控软件，实现 DSP与上位机的通讯。
4 研究基础
1.永磁同步电机的矢量控制理论 2.MATLAB仿真 3.DSP 4.上位机通讯软件设计 5.电路及PCB图设计
同步电机无位置传感器技术是在数字信 号处理器(DSP)出现后得以发展的。DSP的 高速信息处理能力使无位置传感器控制技 术的复杂算法能得以实现。在无位置传感 器技术方面，许多学者作出了研究，提出 了切实可行的方法。
主要方法有：
（1）.基于PMSM基本电磁关系估算位置和 转速的方法
（2）.基于对电机特殊特性分析基础上的估 计方法
3.1 无位置传感器控制系统结构图
3.2拟采取的研究方法及技术路线
具体研究过程中将建立永磁同步电机在不同坐标 系下的数学模型，在此基础上深入分析永磁同步 电机的内部电磁约束关系，这些电磁约束关系对 了解永磁同步电机的原理和研究高性能的控制决 策提供了理论依据。建立适合闭环控制SVPWM 逆变器仿真模型，使用该模型可以大大提高仿真 速度，对闭环控制系统进行的仿真研究，验证模 型的正确性。通过仿真，可以深入理解空间电压 矢量的控制原理以及控制效果，同时也可加快实 际系统的设计和调试过程。
（3）.基于各种观测器技术的位置辨识方法 （4）.人工智能理论基础上的估算方法
2.1 研究目标
本课题研究的主要目标是实现永磁同步 电机无位置传感器控制，使得在实际的电 机控制中能够脱离位置传感器，降低成本， 并且能够达到采用位置传感器控制时一样 的控制效果。
2.2永磁同步电动机无位置传感器控制中需 解决的问题
无位置传感器控制实质上就是调速系统中
由软件算法递推得到转子位置和转速来代
替由外加传感器实现的转角和转速测量部
分，其他部分与常规的调速系统相同。电
机端电压和相电流经过坐标变换转化为静 止坐标系下的电压和电流量，输入到EKF （非线性系统的扩展卡尔曼滤波算法）中
得到转速和转子位置，经过转速修正环节， 把它送入PI控制器，输出电机控制电压，经 过逆变器后加到电机上。
传感器控制系统的研究还有待进一步深入，存在着比较大
的发展空间。本系统实现后能大大减少系统成本，提高系
统可靠性，减少系统维护的工作量。同步电机传动系统需
要对其速度和位置进行控制。高精度的电机系统对速度控
制和位置控制提出很高的要求，相应地对传感器的要求提
高。目前，传感器向小型化、低成本和高分辨率、多功能
3.2.1卡尔曼最优估计原理
采用卡尔曼最优估计原理，将其应用到交流 永磁同步电动机伺服系统中，并能够提出一种基 于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机(PMSM)无 速度传感器调速系统的方法。结合卡尔曼滤波原 理，通过在静止坐标系下对电机非线性方程进行 线性化，给出一种对永磁电机的转子位置角和转 速进行实时在线最优估计的方法。该方法具有优 良的转角跟踪特性和较好的转速跟踪特性，同时 系统要具有较强的抗负载扰动性能和较佳的控制 性能。
2.3 研究安排
》》》理论分析，算法选择 》》》进行MATLAB仿真试验 》》》设计硬件电路 》》》编写DSP程序 》》》在硬件上进行调试
2.4 当前工作
当前的工作便是如何建立无位置传感器的 永磁同步电机伺服系统的数学模型，并确 定最佳的算法，实现对转速的准确预估和 电机的矢量控制。
无位置传感器伺服系统控制策 略的Biblioteka 究黄飞 控制理论与控制工程
1.1研究意义
永磁同步电动机交流伺服系统是机电一体化产品，是
多学科技术相结合的产物。它的驱动、控制更是和电子技
术息息相关。因此，进行永磁同步电动机控制系统的研究
对于我国工业现代化建设有着重要的意义。永磁同步电动
机控制虽然已经发展到相当成熟的阶段，但是对其无位置
谢谢！
自主保安重在自觉，相互保安贵在互 爱。21.2.2421.2.24Wednesday, February 24, 2021
3. 3启动问题
针对无位置传感器控制方法检测电机转子 初始位置问题，提出一种利用恒定的定子 磁场将永磁转子进行初始定位，然后利用 旋转磁场锁定转子位置的新起动方法。
因此，启动时通过适当控制逆变器三桥臂 的通断状态，可以将转子初始位置锁定在0 度位置(转子与定子A相重合)。初始定位后 为了实现电机顺利启动，启动过程程序只 处理电流环(给定恒定的转矩电流)，并产生 一个低频的旋转磁场，由该磁场带动转子 旋转一周，再切换双闭环控制、转速估算， 进行正常的加速过程。旋转磁场的频率不 能太高，具体值由实验决定。
两个方向发展。电机系统中传感器的存在阻碍了电机向高
速化、小型化发展。因此，无传感器技术的研究在高速电
机、微型电机的控制和一些特殊场合具有重要的意义。
（1）.降低成本 （2）.减小电机的体积 （3）.提高系统可靠性 （4）.减少维护量
1.2 国内外研究现状
由于使用传感器给永磁同步电动机系统 带来很多问题，所以无传感器的控制系统 越来越引起人们的重视。无传感器控制系 统是指利用电机绕组中的有关电信号，通 过适当方法估计出转子的位置和转速，取 代传感器，实现电机的闭环控制。
难点：模型复杂
设计参数较多
参数不易得到
3.2.2基于估计坐标系
基于估计坐标系提出PMSM无位置传感器 矢量控制的一种新的状态估计方法。能够 将电气稳态操作概念引入电机的状态估计 中，解决暂态过程中转子速度、位置估计 不精确的问题。在讨论状态估计算法对电 机参数依赖性的基础上，给出估计误差补 偿算法。