基于高频信号注入法的IPMSM转子位置估算

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基于高频脉冲注入法的开关磁阻电机转子初始位置判定研究

ＺＨＡＮＧＹｉ，ＺＨＡＮＧＷｅｉ，ＹＡＯＳｈｕ－ｃｈｕｎ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｗｉｔｃｈｅｄｒｅｌｕｃｔａｎｃｅｍｏｔｏｒｎｅｅｄｓｔｏｉｎｓｔａｌｌｔｈｅｈａｌｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｃｏｓｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｒｄｗａｒｅ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅａｎｔｉ— ｓｅｉｓｍｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓ－
较三相电流响应幅值的得到初始位置的判定算法，在１２／８极１．５ｋＷ三相开关磁阻电机上对该方法的准确性进行了试验。研究结
果表明：相比于利用霍尔信号确定初始位置的方法，采用改进后高频注入法的转子初始位置的判定算法精确度上提高了一倍，且从
静止起动到初始给定转速过程中无反转或其他过渡过程，可实现电机的平滑起动。
在目前ＳＲＭ系统的启动中，通常采用霍尔位置传
感器来获取转子初始位置，额外的硬件检测设备不仅增加了驱动系统成本和复杂度，同时降低了整个系统的可靠性 ¨１］。因此无霍尔位置传感器的开关磁阻电机驱动系统的研究受到国内外学者的关注，文献［２］采用电流波形检测法，利用增量电感所引起的相电流变化率解算出转子的位置，但该方法电感的计算时间较长，算法易受噪声信号的的影响；文献［３］利用ＳＲＭ

基于无滤波器高频方波注入的IPMSM无传感器控制策略

基于无滤波器高频方波注入的IPMSM无传感器控制策略傅睿潇;黄守道;王海龙;王家堡【摘要】本文提出了一种基于静止坐标系的高频方波电压注入方法.该方法是通过在α∞静止坐标轴系中注入高频方波电压,从而得到高频电流响应来估算永磁同步电机的转子位置.该方法采用高注入频率,从而可以减少转子电阻的影响,提高估计精度.其次,该方法在信号处理过程中无需滤波器的使用,因此控制系统的带宽得到了提升.此外,为准确地估计转子位置,本文采用了比传统PI观测器的估计精度更高、抗扰动能力更强的扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO).最后,在一台1.5kW的内置式永磁同步电机上进行了实验,实验结果证明了在低速情况下本文提出的无传感器控制方法能取得优异的结果.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】6页(P6-11)【关键词】内置式永磁同步电机;无位置传感器;高频注入;低速;ESO【作者】傅睿潇;黄守道;王海龙;王家堡【作者单位】湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000;湖南大学,长沙410000【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机因其转矩密度大、效率高而在电动车驱动、舰船推进、数控系统及家用电器等领域得到广泛应用。

高性能的永磁同步电机控制技术如矢量控制需要转子精确的位置信息。

通常转子位置信息由机械式位置传感器获得，然而该传感器的安装会增加系统的成本和尺寸，并降低系统的可靠性，且在特殊环境中无法使用机械式传感器，为了解决以上问题，国内外学者提出了无位置传感器控制技术[1-3]。

永磁同步电机无传感器策略主要有滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器、模型参考自适应控制[4-6]。

这些方法都是通过检测反电动势再利用电机模型得出转子位置，然而在低速甚至零速的情况下，反电动势幅值太小，信噪比太低，因而无法准确提取来估计转子位置。

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法

基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法李文真;刘景林;陈双双【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)低速段无传感器位置检测技术中,传统的高频方波电压注入法对测量误差敏感性强、易受采样延迟和逆变器非线性效应影响的缺点,提出一种新的位置误差提取方法.该方法用连续信号的解调代替传统的差分电流的解调方法,降低了系统对于采样误差的敏感性.首先,向估计的d轴注入高频方波电压,通过电流传感器得到高频电流响应;然后,利用傅里叶分解将估计的q轴电流响应分解为不同频率的正弦信号之和,将其与固定频率余弦调制波相乘后,经过低通滤波器得到转子位置误差,再通过位置跟踪器得到转子位置初始值;最后,基于磁路饱和效应,通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识.仿真和实验结果表明,所提方法收敛速度快,对采样频率没有过高要求,对采样误差不敏感,相位延迟很小,并具有较高的检测精度.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)024【总页数】9页(P5821-5829)【关键词】高频方波信号注入;永磁同步电机;位置检测;傅里叶分解【作者】李文真;刘景林;陈双双【作者单位】西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129;西北工业大学自动化学院西安 710129【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的出现大大提高了现代电力驱动系统的效率、功率密度和动态性能，为进一步降低成本、增强鲁棒性以及扩宽PMSM控制系统的应用领域，PMSM无位置传感器控制技术已经成为电机控制领域的研究热点[1,2]。

在早期的研究阶段，只有基于反电动势的位置检测方法被应用于PMSM控制系统中，这些方法只在中速和高速时运行良好，而当电机处于低速和零速时，会由于反电动势太小而失效[3,4]。

随着无传感器控制系统对电机起动和低速运行时高动态性能需求的不断增加，高频信号注入法应运而生，它利用电机转子的结构凸极或饱和凸极效应，通过向电机定子绕组通入高频电压信号，提取包含转子位置信息的高频电流响应，解调后得到转子的位置信息。

基于高频旋转电压信号注入的IPMSM无位置传感器控制

基于高频旋转电压信号注入的IPMSM无位置传感器控制寿利宾;袁登科【摘要】A sensorless IPMSM control method using high frequency injection technique was investigated. Through injecting high frequency rotating voltages in the static coordinates, a new position detection method which uses signal processing technology to deal with high frequency current to estimate the rotor position was investigated. The simulation results demonstrate that the rotor position can be detected correctly, and the motor can run reliably.%分析了采用高频信号注入技术的无位置传感器控制算法。

该新型估算方法在静止坐标系下注入高频旋转电压，通过信号处理技术，对高频响应电流进行处理，进而得出转子的位置信息。

仿真结果表明，该方法能够准确检测出IPMSM的转子位置，实现电机的可靠运行。

【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】5页(P10-14)【关键词】内置式永磁同步电机;无位置传感器控制;高频旋转电压【作者】寿利宾;袁登科【作者单位】同济大学电气工程系，上海 201804;同济大学电气工程系，上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM302.10 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchro-nous Motor, PMSM)由于高效率、高功率密度和更好的动态响应等优点在现代电力传动系统应用越来越广泛[1]。

基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究

基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究一、本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能，在众多领域得到了广泛的应用。

电机的转子初始位置检测一直是电机控制系统中的一个关键技术难题。

准确的转子位置信息对于电机的启动、运行和控制至关重要，尤其是在无位置传感器的应用场景中，初始位置的准确检测成为实现高效电机控制的前提。

本文旨在研究一种基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测技术。

旋转高频注入法作为一种有效的转子位置检测方法，通过在电机定子绕组中注入高频电流，利用转子磁场与注入电流之间的相互作用，实现对转子位置的检测。

该方法具有结构简单、成本低、可靠性高的特点，适用于无传感器的电机控制系统。

本文首先介绍永磁同步电机的基本原理和转子位置检测的重要性，然后详细阐述了旋转高频注入法的工作原理和实现过程。

在此基础上，通过仿真和实验验证了该方法的有效性和准确性。

对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。

通过本研究，我们期望为无传感器永磁同步电机控制系统的设计和应用提供一种新的转子初始位置检测方案，以促进电机控制技术的发展和应用。

二、永磁同步电机的基本原理与特性永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能的电动机类型，在众多工业和商业应用中得到了广泛的使用。

其独特的设计使得电机在没有额外的励磁电源的情况下，能够维持一个恒定的磁场。

这种电机的基本原理是基于电磁感应定律和永磁体提供的恒定磁场与转子磁场的相互作用。

永磁同步电机的主要特性包括高效率、高功率密度、低噪音和长寿命。

这些特性使得PMSM在需要精确控制和高性能的应用中，如电动汽车、精密机械和可再生能源系统中，成为首选的电机类型。

在转子初始位置检测方面，旋转高频注入法是一种有效的技术。

该方法通过在电机的定子绕组中注入高频电流，产生一个额外的旋转磁场。

这个旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，导致转子产生一个相对于其当前位置的位移。

IPMSM动态电感辨识方法及转子位置估计误差补偿策略

IPMSM动态电感辨识方法及转子位置估计误差补偿策略李峰;车进;刘大铭;夏超英;王红艳【摘要】在低速和零速条件下,通常采用旋转高频电压注入法来实现对内置式永磁同步电动机(IPMSM)的无传感器控制.然而d、q轴磁路之间交叉饱和效应的存在,会给IPMSM无传感器控制系统带来转子位置估计误差,并且该误差与d、q轴动态电感以及交叉饱和动态电感有关.为了克服磁路饱和与交叉饱和效应对动态电感及转子位置估计的影响,该文提出相应的分步动态电感辨识方法和转子位置估计误差补偿策略.在采用d轴高频电压注入法离线获得电感比例系数的基础上,将基于旋转高频电压注入的动态电感辨识算法应用于IPMSM无传感器控制中,可在线实现不同工作点处动态电感的辨识以及转子位置估计误差的计算与补偿.最后通过实验对该文提出的动态电感辨识方法和转子位置估计误差补偿策略的可行性和有效性进行了验证.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)023【总页数】9页(P5418-5426)【关键词】内置式永磁同步电动机;电感辨识;交叉饱和效应;无传感器控制;转子位置估计误差【作者】李峰;车进;刘大铭;夏超英;王红艳【作者单位】宁夏大学物理与电子电气工程学院银川 750021;宁夏大学物理与电子电气工程学院银川 750021;宁夏大学物理与电子电气工程学院银川 750021;天津大学电气自动化与信息工程学院天津 300072;宁夏农业物联网工程技术研究中心银川 750004【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM351内置式永磁同步电动机（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM）具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高等许多优点，被广泛应用于交流伺服控制、家用电器等对性能要求较高的领域。

IPMSM无传感器控制技术省去了位置（速度）传感器，不仅可以降低成本，减小系统体积，而且还能够提高系统可靠性，成为IPMSM控制领域的一个重要研究方向[1-4]。

基于方波高频信号注入的PMSM无传感器控制

155中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.01 （上）永磁同步电机(PMSM)在构造、稳定性和效率很多方面优势明显，但定向磁场的方式往往是通过在电动机转轴上安装一个传感器，提高系统的成本同时，尤其还影响了系统的稳定性、可靠性和维护性。

基于此，本文提出的方案旨在实现PMSM 的无传感器控制。

永磁同步电机先前的无传感器控制其转子角度估算的方法主要有两种：一种是基于反电动势的估算方法，通过估算反电动势推算出转子的位置；另一类是通过高频信号注入的方法，在永磁同步电机定子绕组中注入特定的高频电压信号，然后检测电机中对应的电流反馈信号来确定转子位置，利用电机的凸极性来实现转子位置的估算，对电机参数的变化不敏感，具有较好的低速性能。

本文提出了一种基于向定向绕组注入方波信号估算转子位置的控制方案，以提高整体的计算性能。

采用高频正弦波方式，因为转子位置很难精确地估计。

随着全新信号估算器的使用，当满足给定要求时，即可以实现无传感器的PMSM 控制。

1 创设PMSM 数学模型（高频的信号激励）永磁同步电机的数学模型如下所示：假定在定子α-β静态参考系下：+ （1）经过采样离散化以后，数学模型变为：基于方波高频信号注入的PMSM 无传感器控制马媛媛（青岛酒店管理职业技术学院，山东青岛 266100）摘要：本文提出了一种通过向定子绕组注入方波信号估算转子位置的控制方式。

首先建立低转速高频信号激励下的永磁同步电机的数学模型，通过往d 轴方向上注入高频方波电压信号，通过全新的高频信号角度估算器，可以将零速或低速时转子的角度和速度估算出来。

实验结果表明，该方法能准确地估计转子位置，实现无传感器永磁同步电机的控制。

同时相比于传统的注入高频正弦波的方式，方波信号估算器设计更简单，计算量更少。

关键词：永磁同步电机；高频注入；无传感器；矢量控制中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）01（上）-0155-02设置纵横向肋，采取分别加工的方法，进行现场拼装作业。

基于高频电压信号注入的永磁同步电机转子初始位置估计

第28卷第33期中国电机工程学报 V ol.28 No.33 Nov. 25, 200882 2008年11月25日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2008) 33-0082-05 中图分类号：TM 351 文献标志码：A 学科分类号：470·40基于高频电压信号注入的永磁同步电机转子初始位置估计万山明，吴芳，黄声华（华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074）Initial Rotor Position Estimation of Permanent Magnet Synchronous Motor Based onHigh Frequency Voltage Signal Injection MethodWAN Shan-ming, WU Fang, HUANG Sheng-hua（College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, Hubei Province, China）ABSTRACT: An estimation method of initial rotor position for surface mounted permanent magnet synchronous motor (SM-PMSM) was presented. When the high frequency voltage signal is injected into the stator windings, the rotor position can be gotten from the current response signal because the stator windings inductance varies with the rotor position θ. While this method can not recognize the direction of rotor flux, so the high frequency signal must be injected into d axis and then the direction of rotor flux is achieved. Motor parameters or extra hardwares are not necessary in this method. The experimental results are given and the results show that the proposed algorithms are correct.KEY WORDS: permanent magnet synchronous motor; high frequency signal injection; initial rotor position estimation; magnetic saturation; sensorless control摘要：提出了一种表面安装式永磁同步电机转子初始位置估计的方法。

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ＡｓａｔＴｓｍｔｔｅｒｔｏｉｏｆｎｅｏｐｒｎｎｍｇｅｓｎｈｏｏｓｔＩＭＳｂｔｃ：ｏｅｔａｅｈｏｐｓｉｏｔｒｅｍａｅｔａｎｔｙｃｒｎｕｏＰＭ）ｐｅｉｌａｄｒｌ— ｒｉｏｒｔｎｉｒｉｍｏｒ（ｒｃｅｎｉｓｙｅａｂｔｏｎｅｅｄｒｎｅａｈｇｅｕｎｙｓｎｌｎｅｔｎｔｏａｒｐｓｄｉｏｏａｎｅｄｃｕｌｇｆａ — ｌａｗａｄｚｒｓｅｇ，ｉｈｆｑｅｃｉａｉｃｏｈｄｗｓｏｏｅ，ｃｒｒｔｇｔｅｏｐｉｔｙｌｏｐａｒｇｊｉｍｅｐｎｐｉｈｎｏｓｕ
ｏ．ＷＰｎａ３６ｋＩＭＳ，ｎｈｆｃｅｃｎｏｕｔｅｓｏｅｐｏｅｕｅｗａｅｎｔｔｄｔｒｕｈｅｐｒｎａｅｕｔ，Ｍａｄｔｅｅｉｎｙａｄｒｂｓｎｓｆｔｒｃｄｒｓｄｍｏｓａｅｈｏｇｘｅｉｉｈｒｍｅｔｒｓｌｌｓ
ｒｉａｉｃｅ．ａｅｎｔｅｂｓｒｃｌｏＦｓａｉｅｔｎｍｔｏ，ｏｅｗｉｏｅｅｂｈｖｒｆＰＳａｏｓｅｉＢｓｄｏａｉｐｎｉｅｆｇｌｎｃｉｅｄａｍｄｌｈｃｍｄｌｔｅａｉＭＭｔｎｌｎｓｈｃｉｐＨｉｊｏｎｈｈｓｈｏｏＩ
ＳｎｈｏｏｓＭｏｏａｅｎＨｉｎｌｎｅｔｎＭｅｈｄｙｃｒｎｕｔｒＢｓｄｏＦＳｇａＩｊｃｉｔｏｏＭＯＹ，－ｅＹＮｕ－ｅＬ＆ｃｉＡｏｇｌ，ＡＧＧｉｆ，ＩＴ－ａｎｉ
（ａｂｎＩｓｔｔｏｅｈｏｏｙＨｒｉ１００，ｈｎ）Ｈｒｉｔｕｅｆｃｎｌｇ，ａｂｎ５０１ＣｉａｎｉＴ
频电压注入法。阐述了高频旋转电压注入法检测内嵌式永磁同步电动机转子位置的基本原理，建立了包含饱和凸
极等多重凸极的内嵌式永磁同步电动机数学模型，分析了饱和凸极对转子位置估算精度和系统动态特性的影响，研究了饱和凸极的离线测量方法，在此基础上采用查表法解耦饱和凸极，实现了基于高频注入法的内嵌式永磁同步电动机转子位置估算。实验结果表明，所提出的方法在动态和稳态条件下均能有效抑制饱和凸极的影响，准确可靠地估算出转子位置，且对电机参数不敏感，鲁棒性较高。
关键词：内嵌式永磁同步电动机；无传感控制；信号注入；凸极解耦高频饱和
中图分类号：Ｍ３１Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０４７１（０１１ — ０７０１０ — ０８２１）１０１ — ４
ＲｏｏｓｔｏｔｍａｉｎｆＩｅｉｒＰｅｍａｎｎａｎｅｔｒＰｏｉｉｎＥｓｉｔｏｏｎｔｒｏｒｅｔＭｇｔ
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基于高频信号注入法的ＩＭＳ转子位置估算ＰＭ
毛永乐，贵杰，杨李铁才
（哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘
要：了准确可靠地估算永磁同步电动机在低速及零速下的转子位置，出了一种包含饱和凸极解耦的高为提
ｓｏｉｇｅｃｌｎｕｐｅｓｏｆｈａｕａｉｎｓｉｎｉｓａｄｇｏｃｕａｙａｄｒｌｉｔｆｏｏｏｉｏｓｍａｉｎｕｄｒｈｗｎｘｅｌｔｐｒｓｉｎｏｅｓｔｒｔａｅｃｅｎｏｄａｃｒｃｎｅｉｌｙｏｔｒｐｓｔｎｅｔｔｎｅｅｓｔｏｌｂａｉｒｉｉｏ
ｐｓｉｎｅｔｔｎａｃｒｃｎｙｔｍｙａｃｃａａｔｒｔｓａｆｉｅｍｅｓｒｍｅｔｓｒｔｇｆａｕａｉｎｓｌｎｉｓｗｓｏｉｏｓｉｉｃｕａｙａｄｓｓｅｄｎｍｉｈｒｃｅｓｉ，ｎｏｎａｕｅｎｔｅｙｏｔｒｔａｉｃｅａｔｍａｏｉｃｉａｓｏｅｄｓｕｓｄ，ｎｈｎａｌｏｕａｌｓｍａｅｔｅｏｐｅｔｅｓｔｒｔｎｓｉｎｉｓＴｅｅｐｒｎａｔｄｓｉｌｍｅｔｄｉｃｓｅａｄｔｅｏｋｐｔｂｅｗａｄｃｄｃｕｌｈａｕａｉａｅｃｅ．ｈｘｅｉｏｌｍｅｔｌｕｙｗａｓｍｐｅｎｅ
ｗｉｌｐｅｓｉｎｉｓｗａｕｌｉｃｕｉｇｓｔｒｔｎｓｉｎｉｓＷｉｎｌｓｓｏａｕａｉｎｓｉｎｉｓｆｃｓｏｈｏｏｔｍｕｔｌａｅｃｅｓｂｉｎｌｄｎａｕａｉａｅｃｅ．ｔａａｙｉｆｓｔｒｔａｅｃｅｅｆｔｎｔｅｒｔｒｈｉｌｔｏｌｈｏｌｅ