PMSM_Ld_Lq参数测量试验
电压矢量定向的PMSM转子初始位置测量方法及应用
中图分类号 ： Ｍ３ １ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ４ ７ １ （０ ２ ０ — ０ ５ ｏ １０ － ０ ８ ２ １ ）７ ０ １ 一 ４
Ａｎ Ｉ ｉ ａ ｎ ｔ ｌ ｉ ＰＭ Ｓ ｔ ｒ Ｐ ｓｔ ｎ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔＭ ｅ ｈ ｄ Ｂａ ｅ ｌａ ｅ Ｖｅ ｔ ｒ Ｏｒ ｅ ｔ ｔ ｎ Ｍ Ｒｏ ｏ ｏ ｉ ｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｏ ｓ ｄ Ｏｎ Ｖｏｔ ｇ ｃ ｏ ｉｎ ｉ ｉ ａ ｏ
动， 系统 软件 实现 编程容 易等 优点 。
１Ｐ Ｍ 矢量控 制基本原理 ＭＳ
采用矢量控制算法时 ，Ｍ Ｍ 的控制 系统需要 ＰＳ
精确 的转 子位 置信 号 以实 现磁 场 定 向控制 ， 当转子
假设不考虑温度等变化对 电机参数的影响 ， 并 电压矢量定向 忽 略磁饱 和及铁 心 损 耗 以及 高次 谐 波 分 量 的影 响 ， 在转子 同步旋转 ｄ ｇ 、 轴坐标 系下 ，Ｍ Ｍ 的数学模 ＰＳ
步 电动机 的数学模型 出发 ， 提出了一种新 型的基 于电压矢量定 向的转 子位置测 量方法 ， 以实现安装 绝对值编码 可
器 的永磁 同步 电动机 的转子初始位置补偿角 的计算 。在永 磁 同步 电动机驱 动控制 系统 中对 该方法进行 了实验验
证 和应用 。实验结果表 明， 使用该方法 的永磁 同步 电动 机转 子初始位 置测量算 法简便 ， 无需 电流传感 器工作 ， 始 初 定位不存在抖动 ， 系统 编程 容易实现 。 关键词 ： 永磁 同步电动机 ； 转子初始位置 ； 矢量控制
基于双PWM调节的PMSM无传感器低速控制技术
第7期 2011年7月工矿自动化Indust ry and M ine A uto mationNo.7 Jul 2011文章编号:1671-251X(2011)07-0057-05基于双PWM 调节的PMSM 无传感器低速控制技术任巨庸1, 谷善茂2(1.开滦(集团)蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿,河北张家口 075713;2.潍坊学院信息与控制工程学院,山东潍坊 261061)摘要:针对PM SM 扩展卡尔曼滤波无传感器控制时低速性能不佳的问题,提出了一种基于双PWM 调节的PM SM 无传感器低速控制技术。
该技术是把逆变器前的直流部分纳入调节范围,依据给定速度及转矩完成直流母线电压的按需调节。
借助M atlab/Simulink 工具,在同等电压级别输出情况下,对采用双PWM 调节器和直流母线电压固定两种情况进行了仿真实验,并在DSPACE 1103系统上对仿真结果进行了验证。
结果表明,采用双PWM 调节器后,扩展卡尔曼滤波器系统在低速时也能获得良好的控制性能。
关键词:永磁同步电动机;双PWM 调节;无传感器控制;扩展卡尔曼滤波 中图分类号:TD614 文献标识码:ALow speed Sensorless Cont rol Technology of PM SMBased on Dual PWM RegulatorsREN Ju y ong 1, GU Shan mao2(1.Cuijianzhai Mine of Yuzhou M ining Co.,Ltd.of Kailuan Group,Zhangjiakou 075713,China.2.Depar tm ent o f Information and Control Eng ineering of W eifang University,W eifang 261061,China) Abstract :In order to im pro ve the po or performance o f sensor less co ntrol of PM SM using ex tended Kalman filter at low speed,the paper propo sed a no vel low speed sensor less contro l technolog y of PM SM based on dual PWM reg ulators.The technolog y takes DC part before the inverter into the adjustment range and realizes dem and based reg ulation of DC bus voltage according to g iven speed and to rque.At the sam e level of output voltage,the case o f using dual PWM reg ulator s and the one of using fix ed DC bus vo ltag e w ere simulated in M atlab/Simulink,and the simulation result w as v er ified by DSPACE 1103system.T he ex perimental results show ed that ex tended Kalm an filter system can get go od control perform ance at low speed by use of dual PWM regulato rs.Key words :PM SM,dual PWM regulation,senso rless co ntro l,extended Kalman filtering 收稿日期:2011-04-11作者简介:任巨庸(1967-),男,河北唐山人,工程师,研究方向为电力电子与电力传动。
一种改善PMSM动态性能的弱磁策略
一种改善PMSM动态性能的弱磁策略周华伟;陈龙;刘国海;蒋彦【摘要】针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)在弱磁区电动工况下运行时动态性能不理想的问题,依据PMSM弱磁理论,研究了dq轴电流调节器对弱磁动态性能的影响,提出一种改善PMSM动态性能的弱磁策略.弱磁电流由q轴电流误差积分器和电压调节器共同作用获得.仿真和实验结果表明该策略抑制了q轴电流调节器的不利影响,改善了PMSM在弱磁区电动工况下的动态性能,同时具有抗积分饱和及弱磁控制的双重功能.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2014(018)009【总页数】7页(P23-29)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;动态性能;q轴电流误差积分;抗饱和【作者】周华伟;陈龙;刘国海;蒋彦【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车工程研究院,江苏镇江212013;江苏大学汽车工程研究院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors，PMSM)以其高效率、高功率密度和高转矩/惯量比特性在轨道交通、电力牵引传动系统、电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用［1］。
弱磁控制能够在电压源逆变器(voltage source inverter，VSI)不增加容量的同时使电机在高速时恒功率输出，拓宽了电机调速范围。
反电势在电机端电压中占的比重很大，和转速成比例，但电机运行在弱磁模式时，端电压受VSI供电电压的限制。
因此最简单的弱磁策略是改变电机转子磁链使转子磁链与转速成反比，但这一方面牺牲了电机输出转矩的能力，更主要的是由于PMSM的转子磁场由永磁体产生，不能直接被减弱，其弱磁控制是利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱，达到等效减弱磁场的效果［2］，从而满足宽转速范围的调速要求。
永磁同步电机参数测量
永磁同步电机参数测量1. 引言大家好，今天咱们要聊的可是一个技术活儿——永磁同步电机（PMSM）的参数测量。
听起来是不是有点高大上？其实，这玩意儿在咱们生活中可无处不在，尤其是在电动汽车、家电甚至工业设备中。
说到参数测量，很多人可能会皱眉头，觉得这事儿复杂得很，跟做高数差不多。
嘿，别担心，咱们轻松聊，保证让你听得津津有味，保证不让你打瞌睡。
2. 永磁同步电机的基本概念2.1 什么是永磁同步电机？首先，咱们得搞清楚啥是永磁同步电机。
简单来说，这是一种利用永磁体产生磁场的电机，它的转子跟电网的频率是同步的，换句话说，转速跟电流的频率成正比。
就像大海里的波浪，电流一涨，转子也跟着转，速度那叫一个稳！有了这点，咱们就能更好地理解接下来的参数测量了。
2.2 为啥要测量参数？那么，为什么要测量这些参数呢？其实，电机的性能、效率、甚至寿命都和这些参数息息相关。
比如，如果你想让你的电动汽车跑得更远，电机的参数就得调得恰到好处。
就像调味品，太多了太少了都不好，得找个平衡点。
通过测量参数，我们才能精准调校电机，确保它发挥出最佳性能。
3. 参数测量的基本步骤3.1 测量前的准备工作在开始之前，咱们得先做些准备工作。
首先，要准备好测量设备，比如电流表、频率计和电压表。
这就像做饭之前先把食材准备齐全，否则你想做个大菜，结果一切都没搞定，那可就尴尬了！其次，要确保电机的连接正常，避免意外情况的发生，就像开车之前要检查刹车一样，安全第一！3.2 具体测量过程好了，准备工作完成后，就可以进入测量环节了。
这时候，要先测量电机的空载电流和空载电压。
空载就像是在看一场精彩的表演，电机转起来了，但什么负载都没有。
这时候的电流和电压可以告诉咱们电机的基本状态。
接下来，咱们就要加上负载，看看电机在不同负载下的表现如何。
这个过程就像是考验运动员在比赛中的表现，不同的压力下，谁能更好地发挥出自己的能力？4. 测量参数的注意事项4.1 安全第一在测量过程中，安全永远是第一位的。
基于自适应扰动观测器的PMSM_模型预测电流控制
第44卷 第23期 包 装 工 程2023年12月PACKAGING ENGINEERING ·171·收稿日期：2023-02-13基于自适应扰动观测器的PMSM 模型预测电流控制金爱娟，张劲松，李少龙（上海理工大学，上海 200093）摘要：目的 为了实现包装自动化生产线的高性能控制，针对永磁同步包装驱动电机在模型预测电流控制中对扰动敏感性较大的问题，设计一种基于自适应扰动观测器的模型预测电流控制策略。
方法 利用预测误差设计一种自适应扰动观测器，对系统遭受的内部和外部的不确定扰动，扰动观测器估计总扰动并以电流的形式进行补偿。
将系统的瞬态过程和稳态过程分别进行考虑，设计一种含有动态权重因子的新型损失函数。
结果 通过MATLAB/SIMULINK 仿真表明，与传统的控制方法相比，文中方法可以保持瞬态下的高速动态响应和稳态下的低电流纹波，并在应对参数失配和负载突变等问题上，展现了更好的稳态性能和抗干扰能力。
结论 文中方法可以有效提升系统动态性能和鲁棒性，使改进后系统更加适用于包装机的应用场景。
关键词：永磁同步电机；自适应方法；扰动观测器；动态权重因子中图分类号：TB486；TM341 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)23-0171-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.23.021Predictive Current Control of PMSM Model Based on Adaptive Disturbance ObserverJIN Ai-juan, ZHANG Jin-song, LI Shao-long(University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China )ABSTRACT: The work aims to design a predictive current control strategy of model based on adaptive disturbance ob-server, in order to realize the high-performance control of the packaging automation production line and solve the problem that the permanent magnet synchronous packaging drive motor is more sensitive to disturbance in the predictive current control of model. Firstly, an adaptive disturbance observer was designed by the prediction error. For the internal and ex-ternal uncertain disturbances suffered by the system, the disturbance observer estimated the total disturbance and made compensation in the form of current. Moreover, the transient process and steady-state process of the system were consi-dered separately, and a new loss function with dynamic weight factors was designed. The MATLAB/SIMULINK simula-tion showed that, compared with the traditional control method, the method proposed could maintain high-speed dynamic response in transient state and low current ripple in steady state, and show excellent performance in coping with parameter mismatch and load mutation. It has better steady-state performance and anti-interference ability. The method proposed can effectively improve the dynamic performance and robustness of the system, making the improved system more suitable for the application scenarios of packaging machines.KEY WORDS: permanent magnet synchronous motor; adaptive method; disturbance observer; dynamic weighting factor未来五年是全面建设社会主义现代化国家开局起步的关键时期，包装印刷业也正在走向高质量发展的重要转型阶段。
基于低频信号注入法的PMSM低速无传感器控制_徐艳平
（4）
式 中 ：J 为 转 动 惯 量 ；TL 为 负 载 转 矩 。
图 1 中， 估计坐标系的 d′轴和实际坐标系的
d 轴误差为 ε。 在 d′轴方向注入一个低频定子电
流 信 号 ic= 姨 2 Iccosωct， 其 中 Ic 和 ωc 分 别 为 注 入 低 频 电 流 信 号 的 幅 值 和 角 频 率 。 ic 将 在 d，q 轴 上 产 生 谐 波 分 量 icd 及 icq。 将 icq 引 起 的 电 磁 转 矩 响 应 Tc（t）=3npΨmic（t）sinε/2 代 入 系 统 运 动 方 程 ， 并 假 定 负载转矩恒定，得到谐波引起的转速响应为：
XU Yan-ping， GAO Ya-qiu， ZHONG Yan-ru
（Xi’an University of Technology， Xi’an 710048， China） Abstract：Back - emf is usually used to estimate motor speed in the permanent magnet synchronous motor （ PMSM ） sensorless control methods，but the back-emf is too small to estimate motor speed at low speed and sensorless control can not be realized at low speed.The method of injecting low frequency current signal is used to estimate speed at low speed.In this method，the response of the injection current signal is uses to get estimated speed and the control of PMSM speed estimation at low speed can be realized.Experimental results show the feasibility and validity of this method，the method is insensitive to motor parameter and has wide applicability. Keywords：permanent magnet synchronous motor ； speed sensorless； low frequency signal injection
PMSM_Ld_Lq参数测量
哇哈哈PMSM 参数测量实验测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。
1. 定子电阻的测量采用直流实验的方法检测定子电阻。
通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。
如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。
I d 为母线电流采样结果。
当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。
因此，定子电阻值的计算公式为：1,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)图1 电路等效模型2． 直轴电感的测量在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。
测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。
向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为：d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3)对于d 轴电压输入时的电流响应为：()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。
其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。
由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1dRt L -=-，电感与电阻的关系式可以写成：0.632d L t R =• (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间.3． 交轴电感的测量测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。
STM32 PMSM SDK V4.2 使用指南中文版
60
基于shunt的相电流采样
• 必须合理配置运放电路的增益及偏置电压 • Workbench中专门设计了一个放大电路的设计工具
3-shunt
• 3-shunt：必须在下桥臂打开时才能采样到相电流
OpAmp + Offset Gate
STM32 PMSM FOC SDK V4.2概述
STM32 PMSM FOC SDK V4.2
• SDK V4.2软件包包含：PMSM FOC 固件库和ST MC Workbench(GUI)， 允许用户使用STM32进行单或双PMSM马达的FOC的驱动，其支持 STM32F0xx, STM32F1xx, STM32F2xx, STM32F3xx及STM32F4xx
• State Observer + PLL
• 基于马达的BEMF，使用相电流及相电压估计 马达转子的位置 • 适用于马达的转速范围：额定转速的5% - 100%
• State Observer + CORDIC
9
9
无传感观测器
29
22
X-NUCLEO-IHM07M1
• 供电电压：8V—48VDC • 2.8A峰值电流 • 最大工作频率100KHz • 兼容STM32 Nucleo/ ST Morpho接口 • 支持三电阻/单电阻电流采样 • 支持Hall/Encoder
X-NUCLEO-IHM08M1
• 供电电压：10V—48VDC • 最大30 A峰值电流 • 最大工作频率100KHz • 兼容STM32 Nucleo/ ST Morpho接口 • 支持三电阻/单电阻电流采样 • 支持Hall/Encoder
永磁同步电机多电机同步控制策略
永磁同步电机多电机同步控制策略金 花 宁 涛（大连交通大学软件学院，辽宁大连１１６０４５）摘 要 针对永磁同步电机提出基于单神经元ＰＩＤ的偏差耦合多电机同步控制策略。
建立了数学模型，设计了自适应能力强、结构简单的单神经元ＰＩＤ控制器，并采用Ｓ函数编写单神经元学习模型。
在交叉耦合控制方式的基础上提出了改进的偏差耦合控制，将各个电机转速反馈值经ＭＵＸ和ＤＥＭＵＸ环节进行整合后，通过转速补偿对电机转速进行调节。
仿真实验表明有监督Ｈｅｂｂ学习算法的单神经元ＰＩＤ运用到偏差耦合多电机同步控制系统中，使系统不仅具有良好的自适应能力，还能够有效地减小超调甚至无超调，提高系统响应能力，增加系统的鲁棒性。
关键词 永磁同步电机 同步控制 单神经元 ＰＩＤ 偏差耦合中图分类号 ＴＨ８６２ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００-３９３２（２０１５）０５-０４７９-０５ 永磁同步电机（ＰＭＳＭ）由于转子结构采用永磁体替代了异步电机励磁绕组的机构，降低了转子的发热问题，并且由于永磁同步电机体积小、功率因数高、密度高及低速转矩大等优势逐渐被应用在需要高速运行、负载变化大和短时工作制的领域，同时使得在ＰＭＳＭ上采用全封闭结构和直驱控制方式成为了可能。
但是由于永磁同步电机自身结构对同步性的要求，每台电机需单独配备一套牵引变流器，并且与异步电机存在转速、转差不同，ＰＭＳＭ对转速同步性要求较高，电机之间转速差过大会使擦轮严重，如果控制不当，会降低传动系统的性能［１～３］。
因此，笔者针对以上问题提出一种多电机同步控制策略。
１ 永磁同步电机简介多电机同步控制是指系统中的电机按照相同转速运行，并且转速变化是同步的［４，５］。
目前多电机同步控制策略主要有并行控制方式、主从控制方式、虚拟总轴控制方式、交叉耦合控制方式及偏差耦合控制方式［６］等。
ＰＭＳＭ的物理结构如图１所示。
建立数学模型之前，先做如下假设：ａ．忽略铁心饱和，不计涡流和磁滞损耗；ｂ．永磁材料的电导率为零；ｃ．转子上没有阻尼绕组。
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.。
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PMSM 参数测量实验
测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。
1. 定子电阻的测量
采用直流实验的方法检测定子电阻。
通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。
如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。
I d 为母线电流采样结果。
当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。
因此，定子电阻值的计算公式为： 1
,2
a d
b
c
d I I I I I ===-
(1)
23d
s d
U R I =
(2)
图1 电路等效模型
2． 直轴电感的测量
在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。
测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。
向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为：
d d d q q d
di u Ri L i L dt
ω=-+d
d d d
di u Ri L dt
=+ (3)
对于d 轴电压输入时的电流响应为：
()(1)d R
t L U
i t e R
-=-
(4)
利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。
其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。
由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d
R
t L -
=-，电感与电阻的关系式可以写成：
0.632d
L t R =∙
(5)
其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间.
3． 交轴电感的测量
测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。
电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。
则q 轴电压方程可以简化为：
q q q d d q
di u Ri L i L dt
ωωψ=+++
q q q q
di u Ri L dt
=+ (6)
q 轴电流将按如下的指数形式建立:
()(1)q R
t
L
U i t e R
-=-
(7)
利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。
此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。
并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。
电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。
作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。
4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。
结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下：
1000e E
K n
=
⨯ (8)
式中：E 为反电势，n 为转速。
电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。
5． 转动惯量的测量
根据简化的电机运动方程：
e L T T J
t
ω∆-=∆ (9) 在电机恒转矩运行过程中，测量时间t ∆内电机转速的变化ω∆，即可计算得转动惯量。
保持永磁电机定子端开路，首先用测功机以恒定转矩拖动电机加速运行，分别记录t 1与t 2时刻转速ω1与ω2；然后让电机自由停机，并分别记录t 3与t 4时刻的转速ω3与ω4。
列写方程组：
21
021
430430m J T T t t J T t t ωωωω-⎧⋅=-⎪-⎪⎨
-⎪⋅=-⎪-⎩
(10)
式中T m 为测功机施加给永磁电机转子的转矩，可由测功机的功率与转速求得，即T m =P/
（n p ω），T 0为空载转矩。
解方程组即可得转动惯量J 。