永磁同步电动机转子位置辨识

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永磁同步电动机转动惯量辨识与参数自整定

Key words： permanent magnet synchronous motor； rotary inertia； observer； parameter self-tuning
0 引言
永磁同步电动机是一个多变量、强耦合、非线性的控制对象，而且其模型参数时变，这就要求对电机参数进行实时采样，使得伺服系统的控制器结构和控制器参数能够随电机参数的变化而做适
(1)
将式(1)转化为如下最小二乘格式：
[1-3] 当的调整，以改善控制效果。
响很大，直接关系到伺服系统的运行性能。由于永磁同步电动机的转动惯量直接测得比较难，所以目前对转动惯量的测量都是间接辨识得到的，常用的转动惯量辨识方法有状态观测器法、扩展卡尔曼滤波法、高频电压注入法 [4]、模型参考自适应法[5] 等。本文介绍了一种新的转动惯量辨识算法，通过全阶速度观测器观测到的电磁转矩和电机电角速度，然后利用最小二乘法实时地在线辨识电机
( 1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Putian University, Putian Fujian 351100, China； 2. Fujian Laser Precision Machining Engineering Technology Research Center, Putian Fujian 351100, China )
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莆田学院学报
2017 年 4 月
ห้องสมุดไป่ตู้
的转动惯量。将辨识得到的转动惯量用于在线修正速度控制器的参数，最后通过仿真验证了算法的可行性。
代下去。当系统的准则函数为最小值时，则便可近似认为模型的输出量 ŷ ( ∞ ) 等于输出量 y ( ∞ )，其中辨识得到的参数 θ̂ ( ∞ ) 就是实际系统的参数 θ。

永磁同步电机的转子磁极位置辨识方法综述

L2 sin 2 s ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s
（2.17）
ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s 2 us s Rs 2 Rs L1 s L1 L2 L1 L2 s 2
华南理工大学自动化学院游林儒教授实验室文档
PMSM 转子磁极位置静止型学习方法研究
华南理工大学黄招彬 2013-3-15 Email: abinhill@ 永磁同步电机（PMSM）的起动与矢量控制需要知道转子磁极的当前位置（相对于 A 相/ 轴）。本文针对永磁同步电机的转子磁极初始位置辨识，研究了利用 PMSM 凸极效应或饱和凸极效应的几种磁极位置辨识方法，包括相等脉冲宽度电压注入法、高频正弦电压注入法和高频旋转电压注入法。 1. 前言永磁同步电机中编码器（增量式或绝对式）的安装一般如图 1.1 所示，电机的定子（含线圈）与编码器的定子固定在一起，电机的转子（含永磁体）与编码器的转子固定在一起（含零位信号 Z 或者 R）。设电机定子的静止坐标系参考为 A 相绕组，定为轴，同时设编码器定子的静止参考为 A ，可记 1） 2） 3） 4）（变化）； NA 为矢量控制的解耦角度（转子磁极 N 极位置到轴之间的电气角）
NZ 为转子磁极 N 极位置到编码器转子零位信号 Z 之间的机械角（固定）；
； ZA 为编码器转子零位信号 Z 到编码器定子静止参考 A 之间的机械角（变化）。 AA 为编码器定子静止参考 A 到电机定子 A 相/ 轴之间的机械角（固定）
设电机的极数为 P ，即极对数为
P ，则有 2
的时间，最后时刻的 d 轴电流峰值在转子磁极方向与其反向时达到最大值。由式（2.10）（2.11）可知，当施加相同伏秒数（电压乘以时间）时，时间越短（对应电压越高），定子电阻影响越小。

永磁同步电机转子初始位置检测及启动策略

永磁同步电机转子初始位置检测及启动策略Initial Rotor Position Detection and Start-up Strategy of Permanent Magnet SynchronousMotor大连交通大学电气信息学院丁志勇（Ding Zhiyong）转子位置检测是永磁同步电机控制系统稳定运行的必要条件，使用增量式编码器不能准确得到转子的初始位置信息，直接启动会产生未知后果，通常需要额外的初始位置检测方法。

本文分析了在未知电机转子初始位置时直接启动可能出现的情况，提出一种基于增量式编码器A、B脉冲信号的转子初始位置检测方法，并在启动过程中完成增量式编码器的校正。

实验结果表明，该方法简单有效。

关键词: 永磁同步电机；增量式编码器；转子初始位置；编码器校正Abstract: Rotor position detection is a necessary condition for the stable operation of the permanent magnet synchronous motor control system. Using the incremental encoder can not obtain the accurate information of the initial rotor position. Direct start-up will produce unknown consequences, so it usually requires additional initial position detection method. This paper analyzes the possible situation of direct start-up in the case of unknown the motor initial rotor position, and proposes a rotor initial position detection method based on A and B pulse signals of the incremental encoder, completes correction of incremental encoder in the process of starting-up. Experimental results show that the method is simple and effective.Key words: PMSM; Incremental encoder; Initial rotor position; Encoder correction【中图分类号】TM351 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)02-0073-041 引言永磁同步电机具有功率密度高、结构简单以及调速性能好等优点，在工业领域得到广泛的应用[1]。

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。

永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法

1. 1原理分析对于定子绕组结构为Y型的PMSM，定子绕
组的静态物理模型如图1所示。
B
C
图1 PMSM定子静态等效物理模型
根据PMSM的原理，可以推导图1中PMSM
* 定子三相自感的表达式为 7+
丄aa 二.A + .B，CcS( 2!)
{ LBB / LA + LB • ccs( 2! - 4f/3)
L&代表该自感的基波，转子凸感与转子位置角 ! 有关&
引起的
难,而且位置估算会受到电样误差以及
分辨率的影响*4+&转子预定位法通转子位置
锁定在几个不同的特殊角度，从而推算出转子的
*基金项目：国家科技支撑计划项目(2015&AF06&00) 作者简介：陈程(1986-)，男，硕士，工程师,研究方向为电力电子与电力传动。陶泽安(19+5-)，男，硕士，工程师，研究方向为直驱式永磁同步电机控制
测试技术与测控系统I EMCA
电机与控剧定用2019,46 (6)
永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法
陈程，陶泽安 (江西工埠机械有限责任公司，江西樟树 331200)
摘要：针对现有永磁同步电机(PMSM)转子初始位置角辨识方法存在的缺点，研究PMSM数学模型，
推导电机转子位置与电机绕组电感之间的数学关系。提岀利用电机三相绕组静态电感值初步判断转子位置，
并用变频器发送
电
现转子的
判断，
辨识岀转子的初始位置角。
程
转子预
定位，且电机转子处于机械锁定或自由
态
现。
提方法
，能
PMSM
控制的

一例永磁同步电动机的转子位置检测故障分析

车的检查。而检查电动机刹车必须拆卸编码器，工电
般需要安装光电编码器、旋转变压器等位置传感器
来获得电动机转子的准确位置。由于安装的误差会使位置传感器的零位产生偏差，位置传感器的零位偏差
将造成转子位置检测的零位偏差，电动机转子检测而零位偏差的存在引起逆变器开关管逻辑换向错误，将引起不期望和不可控制的轴电流，重时会造成电动严
与机械脱开，动器 “ 能 ” 电动机仍旧转２。出驱使后０后
１故障现象
一
台配套ＳＥＮ０Ｄ系统、１ＵＩＭＥＳ８２６１ｅ伺服驱动
现Ｅ一０６８报警利用ＳｏＣｍ软件联机观察ｉｏＵｍ
６１ｅ驱动器上伺服电动机工作电流，现电动机慢１Ｕ发慢转动时，电动机电流不断增大，后突然增大超过电最动机最大电流Ｐ８设定的２把最大电流增大时１０１７Ａ，观察电动机工作电流仍然超过电动机最大电流设定
值。用新的电动机更换后观察也出现同样的故障。由
于驱动器是好的，的电动机也不应该有问题，新问题出在哪儿呢？分析并回忆维修过程发现有可能是驱动器与电动机问的相序不对造成。把电动机动力线还原，使其与驱动器的相序一一对应，试机电动机工作正常。再利用ＳｍｏＵ软件联机观察６ｅ驱动器上伺ｉｏＣｍ１ｌＵ服电动机工作电流，实际电流只有１Ａ左右，因此相序

永磁同步电动机转子位置检测方法

ｅｔａｏｆｈｔｏｉｏｙＰＬｐａｅｌｋｌｐ）ａｄｔｅｍａｕｅｎｆｏｈｒｕｕｒｎ，ｈｅｓｒｓｍｔｎｏｅｍｏｒｓｉｂＬ（ｈｓｃｏｓｎｅｓｒｔｔｅｓｒｔｔｅｎｏ— ｉｉｔｏｐｔｎｏｏｈｍｅｏｍｂｃｅｓ
（．１哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨１０４２深圳国际技术创新研究院，５００；．深圳广东５８５）１０７
３１芯片运动控制引擎专用控制模块的分析，用锁相环结构对转子位ＲＦ４采
ＤＵＫｕ — ｉ，Ｌｈｎｙ，ＬＹｎｍｅＶＣｕ —ｕＵｕ，ＳＪａ —ｏｇＵｉｎｙｎ
（．ｃｏｌｆｌｔｃｌｎｌｃｏｉＥｇｎｅｉｇ１ＳｈｏｏｅｒａａｄＥｅｔｎｃｎｉｅｒ，ＨａｂｎＵｎｖｒｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｇ，Ｈｒｉ１０４，ＣｉａＥｃｉｒｎｒｉｉｅｓｙｏｉｃｎｅｈｏｏｙａｂｎ００ｈｎｔＳｅ５２ＩｅｉｔＳｅｚｅｅｈ— ｎｏａｉｎｅｎｔｎｌＳｅｚｅ１０７，ｈｎ）．ｌｔｕｅｈｎｈｎＴｃｉｎｖｔｎＩｔｒａｉａ，ｈｎｈｎ５８５Ｃｉａｎｔｏｏ
ＰＭ转子位置和速度的估计，ＭＳ这种方法算法复杂，计算量相当大；同时某些基于观测器的估计方法需要用到许多随机误差的统计参数，由于模型复杂，涉及因素较多，得分析这些参数的工作比较困难．使通过给电机注入高频电压，检测其相应的电流来获并

基于开关频率载波信号注入的永磁同步电动机转子位置辨识

ＡｓａｔＡｎｖｌＭＳｏｒｐｓｉｘｒｔｎｍｅｏａｅｎｓｉｈｎｅｕｎｙｃｒｅｉｎｌｎｅｔｎｗｓｂｔｃ：ｏｅＰＭｒｔｏｉｏｅｔｃｉｔｄｂｓｄｏｗｔｉｇ￣ｑｅｃａｒｒｓａｉｊｉａｒｏｔｎａｏｈｃｉｇｃｏ
ｐｅｅｔｄｒｓｎｅ．Ｔｅｃｒｉｒｓｇａ￣ｑｅｃｓｔｅｓｉｈｎｅｕｎｙｄｒｅｒｍｅＰＭｎｅｔｒＴｅｍｅｉｏｉｍｅｈｈａｒｅｉｎｌｅｕｎｙｗａｈｗｔｉｇｆｑｅｃｅｉｄｆｏｔＷｃｒｖｈｉｖｒ．ｈｒｆｈｓｔ— ｅｔｔｏｎｌｄｓｌｔｎｌｅｃｆｃｒｉｒｓｇａｎｓｓｅｄｉｃｕｅｉｌｉｆｎｅｏａｒｉｎｌｙｔｍ，ｂｃｕｅｔｅｃｒｉｒｅｕｎｙｉｆｒｒｍｙｔｍｐｅｏｐａｄｃｒｔｅｕｅｏｅａｓｈａｅｑｅｃｓａｏｓｓｅｓｅｄｌｏｎｕ — ｒｆｆｒｎｏｐｂｎｗｉｔｅｔｌｏａｄｄｈ，ａｄｔｅｐｓｔｎｅｔｃｉｎｓｅｄｉｍｏｅｑｉｋｙＥｐｒｍｅｔｌｅｕｔｃｎｃｎｉｍｅｅｆｃｉｅｅｓｏｎｈｏｉｉｘｒｔｐｅｒｕｃｌ．ｘｅｉｎａｓｌａｏｆｏａｏｓｒｓｒｔｆｔｎｓｆｈｅｖ
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中国矿业大学本科生毕业设计姓名：学号：学院：专业：设计题目：永磁同步电动机转子位置辨识专题：指导教师：职称：2010年6月中国矿业大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任务下达日期：毕业设计日期：毕业设计题目：永磁同步电动机转子位置辨识毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1.掌握永磁同步电动机的工作原理；2.永磁同步电动机的转子位置辨识意义；3.分析比较各种转子位置辨识方法；4.设计转子位置辨识系统。

院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous Machine, PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率很高，在工业领域得到越来越广泛的应用。

只有知道了精确的转子位置信息，才能实现永磁同步电动机转子磁场定向的运动控制。

在传统的永磁同步电动机运动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置。

然而，这些传感器增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。

因此，无传感器检测永磁同步电动机转子位置已逐渐成为热点。

本文阐述了永磁同步电动机的发展历程、永磁材料的发展，以及它的结构、工作原理和特点等。

介绍了永磁同步电动机转子位置检测的常用方法分两种：即直接方式检测和间接方式检测。

直接方式可分为：旋转变压器法、磁编码器法、光电编码器法；间接方式可分为：电感法、磁链法、假想坐标系法、基于各种观测器的估算方法、卡尔曼滤波器法、高频注入法和人工智能理论基础上的估算方法。

针对本课题主要做了以下研究工作：在构建其数学模型的基础上，深入分析电机定子电感的饱和效应，得出旋转高频电压注入法能够准确跟踪转子凸极位置，但其存在不能确定估算结果是N极还是S极位置的问题。

对于这个问题,本文又分析了永磁同步电机定子电流对电机磁路饱和度的影响，根据旋转电流矢量幅值变化特性，提出了一种判定转子永磁体N/S极极性的方法，解决了常规高频注入法所存在的估算结果可能反向的问题。

关键词：永磁同步电动机；高频电压注入；转子位置检测ABSTRACTAs the permanent magnet synchronous motor without excitation current, volume light, high efficiency, more and more widely in the industrial fields of application. Only know the exact rotor position information, to achieve permanent magnet synchronous motor rotor flux orientation motion control. In a traditional permanent magnet synchronous motor motion control system, usually optical encoder or resolver to detect the rotor position. However, these sensors increase the system cost and reduced reliability of the system. Therefore, sensorless permanent magnet synchronous motor rotor position detection has gradually become a hot spot.This paper describes the development process of permanent magnet synchronous motor, permanent magnet materials development, and its structure, working principle and characteristics. Introduced a permanent magnet synchronous motor rotor position detection of the common methods in two ways: the direct detection and indirect detection methods. Direct methods can be divided into: rotating transformer, magnetic encoder method, optical encoder method; indirectly, can be divided into: inductance method, flux method, imaginary coordinate system method, the various observer-based estimation method, Kalman filtering device method, high frequency injection method and Artificial Intelligence based on the theory of estimation methods.The main topics for research work to do the following: In building a mathematical model based on in-depth analysis of the saturation effect of the stator inductance, obtained rotating high frequency signal injection method to accurately track the position of the rotor salient, but its existence can not be determined or estimated results is N pole S pole position of the problem. For this problem, this paper analyzed the current permanent magnet synchronous motor stator magnetic circuit saturation, according to the amplitude variations of current vector rotation, a permanent magnet rotor determine N / S pole polar solutions to Injection of conventional high-frequency estimation results are likely to reverse the existing problems.Keywords：Permanent magnet synchronous motor, High frequency signal injection, Rotor position detection目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景 (1)1.2 永磁同步电动机的国内外研究现状 (2)1.3永磁材料的发展 (4)第二章永磁同步电动机的结构及特点 (4)2.1永磁同步电动机的总体结构 (4)2.1.1 定子结构 (5)2.1.2 转子结构 (6)2.1.3 永磁同步电动机的转子磁极结构型式 (6)2.2永磁同步电机的特点 (10)第三章永磁同步电动机的工作原理及数学模型 (11)3.1永磁同步电动机的工作原理 (11)3.2 坐标变换原理 (12)3.3永磁同步电动机的数学模型 (13)3.4磁路结构对数学模型中参数的影响 (15)第四章永磁同步电动机转子位置检测的方法 (17)4.1直接方式 (17)4.2间接方式 (18)第五章旋转高频注入法的原理及应用 (22)5.1旋转高频信号激励下永磁同步电机数学模型 (22)5.2旋转高频电压信号注入法原理 (23)5.3永磁同步电机转子初始位置检测 (27)5.3.1基于旋转高频注入法的转子初始位置检测原理 (28)5.3.2面贴式永磁同步电机定子电感饱和效应分析研究 (29)5.3.3根据高频电流响应幅值判定N、S极 (31)第六章结论 (32)参考文献 (34)翻译部分 (36)英文原文 (36)中文译文 (45)致谢 (54)中国矿业大学2010届本科生毕业设计第1页第一章绪论1.1课题的研究背景直流电气传动和交流电气传动在19世纪中期先后诞生，由于直流电气传动具有良好的调速性能和转矩控制性能，改变决定交流调速的电源频率的改变和对电动机转矩控制极为困难，因此，在20世纪相当长的一段时间内直流传动成为电气传动的主流。

然而，由于直流电动机具有电刷和换向器，成为限制其自身发展的主要缺陷，导致其生产成本高、制造工艺复杂、运行维护工作量大，加之机械换向困难，其单机容量、转速及使用环境都受到限制。

从20世纪30年代，人们致力于交流调速技术的研究。

现代电机调速技术是一门比较复杂的交叉技术，涉及的领域广泛，包括电机、电力电子技术、控制理论、计算机技术与仿真等几个方面。

近四十年来，电机调速技术在世界上得到了蓬勃发展，特别是电力电子器件技术的进步促进了现代电机控制技术的发展，如不断出现了SCR，GTO，GTR，IGBT等新器件。

以微电子技术为基础、自动化技术和计算机技术为核心(即综合机电一体化技术)发展起来的交流驱动系统，正在冲击着整个传统工业模式。