内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
第１４卷第６期电机与控制学报Ｖ０１．１４Ｎｏ．６
２０１０年６月ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬＪｕｎｅ２０１０
内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
王高林，杨荣峰，于泳，徐壮，徐殿国
（哈尔滨Ｔ业大学电气３－程及自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题，提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法。采用注入高频旋转电压信号的方法
检测磁极位置，设计一种通过ＰＩ跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案，当误差
调节至零时将获得磁极位置初判值，降低了算法的复杂性。以磁极位置初判值为矢量角，往定子绕
组注入２个方向相反的脉冲电压矢量，通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性，实现对位置初判值进行校正，从而获得转子初始位置估计值。应用所提出的估计方法对一台
２２ｋＷ内置式永磁同步电机进行实验，得到转子位置电角度平均估计误差为４．６０。
关键词：永磁同步电机；转子初始位置估计；混合信号注入；高频旋转电压信号；脉冲电压矢量中图分类号：ＴＭ３４１文献标志码：Ａ文章编号：１００７－４４９Ｘ（２０１０）０６—００５６－０５
Ｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ
ＷＡＮＧＧａｏ－ｌｉｎ，ＹＡＮＧＲｏｎｇ－ｆｅｎｇ，ＹＵＹｏｎｇ，ＸＵＺｈｕａｎｇ，ＸＵＤｉａｎ－ｇｕｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎ—ｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＩＰＭＳＭ），ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｈｙｂｒｉｄｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｏｔａｔｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｓｔａｔｏｒｗｉｎｇｄｉｎｇｔｏｏｂｔａｉｎｍａｇｎｅｔ
ｐｏｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＡＰＩｔｒａｃｉｎｇｏｂｓｅｒｖｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｅｒｒｏｒｓｉｇｎａｌｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｒｏｔｏｒｐｏ－ｓｉｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｉｓａｄｊｕｓｔｅｄｔｏｚｅｒｏ，ｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｔｒｅ—ｄｕｃｅｓｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．Ｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｍａｇｎｅｔｐｏｌａｒｉｔｙｍｏｒｅｓｉｍｐｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｗｏｖｏｌｔａｇｅ
ｐｕｌｓｅｖｅｃｔｏｒｓａｒｅｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｓｔａｔｏｒｗｉｎｄｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔ
ｓｔｅｐ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｄ－ａｘｉｓｓｔａｔｏｒｃｕｒｒｅｎｔｓ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｐｏｌａｒｉｔｙＣａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｅａｓｉｌｙ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｅｄｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｃａｎｂｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｇｎｅｔｐｏｌａｒｉｔｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｄａｔ２２ｋＷＩＰＭＳＭ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｆｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓ４．６ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｅｇｒｅｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓ；ｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｈｙｂｒｉｄｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃ－
ｔｉｏｎ；ｈｉｓｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｏｔａｔｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌ；ｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒ
收稿日期：２００９—１ｌ一２３基金项目：国家自然科学基金（５０７７７０１３）；中国博士后科学基金（２００９０４６０８９１）；哈尔滨工业大学科研创新基金（ＨＩＴ．ＮＳＲＩＦ．２００９０４３）作者简介：王高林（１９７８一）．男。博士后，研究方向为交流电机控制技术；扬荣峰（１９７９一），男，博士，研究方向为交流电机控制技术；于泳（１９７４一），男，博士，副教授，研究方向为交流电机控制技术、电力电子技术；徐壮（１９ｒ７２一），男，博士．剐教授，研究方向为永磁同步电机控制；徐殿固（１９６０一）。男，博士，教授，博士生导师，研究方向为交流电机及控制技术、照明电子技术、电网品质控制技术、交流伺服系统、
风力发电和光伏发电技术。
万方数据第６期王高林等：内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法５７
０引言
近年来，永磁同步电机调速系统逐渐成为交流
传动领域的研究热点。按照永磁同步电机转子永磁体结构的不同，可分为表面式和内置式两种。内置
式永磁同步电机（ｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏ－
ｎｏｕｓｍｏｔｏｒ，ＩＰＭＳＭ）的永磁体位于转子内部，转子磁
路结构的不对称性将会产生磁阻转矩，对磁阻转矩进行控制，将有助于提高永磁同步电动机的过载能
力和功率密度，从而可以拓宽调速范围，具有较广泛
的应用领域。目前，研究低成本、强鲁棒性的无位置传感器ＩＰＭＳＭ控制方法已成为交流电机控制技术
的研究热点。无位置传感器ＩＰＭＳＭ矢量控制方式
下，所能产生的起动转矩大小取决于转子初始位置角的准确程度，如果初始位置角误差过大，将会导致
电机在起动阶段带载能力受到限制，甚至会出现反
转的现象¨。。因此，对于高性能无位置传感器ＩＰＭＳＭ矢量控制系统，获取准确转子初始位置非常
重要。
目前，已经有多种永磁同步电机转子初始位置估计方法相继被提出。较易实现的方法是基于定子
铁心非线性饱和特性的原理，按照某种顺序注入一
系列脉冲电压矢量信号来估计磁极位置，但实际电机结构的非理想性限制了其估计精确度心］。针对
内置式永磁同步电机，ＲＤＬｏｒｅｎｚ首先提出了基于
高频旋转电压信号注入的方法，可在静止状态下对转子磁极位置进行较准确地估计ｐＪ。ＳｕｌＳｅｕｎｇｋｉ提出了基于高频脉振电压信号注入的方法，目的是为
了解决凸极效应不明显的表面式永磁同步电机（ｐｅｒｍａｎｅｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｅｈｒｏｕｏｕｓｍｏｔｏｒ，ＰＭＳＭ）磁极位
置的估计［４］。传统高频旋转电压注入法是先提取负序高频电流分量，采用外差法或数字滤波等方法
获取含有转子磁极位置信息的误差信号，然后通过龙贝格观测器估计磁极位置Ｈ．５。６Ｊ。龙贝格观测器
需要建立电机机械状态方程，涉及到电机转动惯量
参数，并且需要对扰动转矩进行观测，然而很多实际应用场合中无法得知准确的电机参数。信号注入法
需要对磁极极性进行判断，用于校正检测到的磁极位置¨Ｊ，可以通过提取二次高频正序电流分量来判
断转子磁极极性ｌｓＪ，但是由于二次高频正序电流信
号的信噪比太低、算法比较复杂、对硬件电路要求较高。因此，有必要研究一种简单、可靠、实用的
ＩＰＭＳＭ转子初始位置估计方法。本文研究一种基于混合信号注入的内置式永磁
同步电机改进式转子初始位置估计方法，先通过注入高频旋转电压信号获取磁极位置角的初判值，然后将位置角初判值作为矢量角，注入２个方向相反
的脉冲电压矢量来判断磁极极性，从而得到最终的
转子初始位置角的估计值。最后，在一台２２ｋＷ内
置式永磁同步电机进行实验验证。
ｌ转子磁极位置检测方法
采用高频旋转电压注入法对ＩＰＭＳＭ转子磁极
位置进行检测，其原理是利用ＩＰＭＳＭ转子结构的凸极性，通过往定子绕组注入对称的三相高频旋转电
压信号，将会在电机内产生旋转磁场，并在定子绕组
感应出高频电流，然后通过信号处理从高频电流获取磁极位置角，如图ｌ所示。
图ｌ高频电压信号注入框图
Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
在静止坐标系下，当电机定子绕组注入一高频
旋转电压矢量ｕｉ时，电机的电压模型可以表示为
Ｍ。＝Ｒ。ｉ。＋ｐ吵。，（１）
式中：尺。为定子电阻；Ｐ为微分算子；ｉ。和妒。分别为
定子电流和磁链矢量，其中妒。＝Ｌｆｉ。＋砂，ｅ肌，砂，为转子永磁体产生的磁链，０。为转子永磁体Ｎ极位置的电角度。当所注入高频信号的频率∞远大于电机额定
频率时，定子电阻将远小于高频感抗，高频电压模型
（１）可以忽略阻抗压降，电压方程可近似表示为Ｍ。。呻．。（２）
如果电机在一个极距内只有一个空间凸极，则在同步旋转坐标系中，定子电感矩阵可以表示为
Ｌ．０Ｌｓｄｑ２ｌｉＬ。Ｊ，（３）
式中厶和￡。分别表示ｄ轴和ｑ轴电感，对于内置式永磁同步电机，转子结构的凸极性使得Ｌ。＞Ｌｄ。
在两相静止坐标系下，电感矩阵可以表示为
万方数据５８电机与控制学报第１４卷
ｒＬ—ＡＬｃｏｓ２０。一ＡＬｓｉｎ２０。１Ｌ螂一【一心ｉｌｌ２以￡＋ＡＬｃｏｓ２０。Ｊ，（４）
式中：Ｌ＝Ｌｄ２＋Ｌ１表示均值电感；△￡＝—Ｌｑ虿－一Ｌｄ表示差
值电感。则定子磁链方程可以表示为
［：：】＝【Ｌ一－△Ａ￡Ｌ。ｃｉｏｎｓ２９０。。￡－＋Ａ△Ｌｓｃｉ。ｎ２。２０９，。】【：：】＋
『ｒｃｏｓ０ＴＩ－－－ｅ１【帅ｉｎ口。Ｊ’（５）
式中砂。和吵啦为两相静止坐标系下定子磁链分量；
ｉ。和ｉ胡为两相静止坐标系下定子电流分量。由于内置式永磁同步电机转子结构具有凸极性，所注入的高频电压将会在定子绕组上激励出含
有磁极位置角信息的高频电流分量，由式（２）和式（５）可以得到高频电流在两相静止坐标系下的表达
式，经化简可以得到
【：＝】＝［却Ｉ，ｐｓｉｎ。ｗ。小ｔ＋Ｉ，，５．ｉ＝０２。”－ｔｏ训ｔ）】，（６）
式中，５。和，ｌ。分别为高频电流正、负序分量的幅值，其中。志，，－ＩＩ＝Ｉ砸ＵＩ．ＡＬ耐。
所产生的高频电流负序分量含有磁极位置信
息，通过同步旋转滤波器滤除正序电流分量，提取出
负序电流分量信号，再通过信号处理可以得到转子磁极位置的初判值，信号处理过程如图２所示。以
ｔＯ。为旋转变换角，对ｉ。和ｉ蜩进行旋转坐标变换，得到旋转坐标系下电流ｉ耐ｊ和ｉ。ｉ，然后设计一个Ｂｕｔｔｅｒ－ｗｏｎｈ二阶带通滤波器对其进行滤波，滤除正序分量
和ＰＷＭ载波噪声信号，得到负序分量ｉｄ。和ｉ。。，经过坐标反变换，得到静止坐标系下的负序电流分量
ｉ。和ｉ蜘。于是，根据负序电流分量构造含有转子磁极位置误差信号６Ａ０。的表达式为
ｅＡ０。＝一ｉ。。ｃｏｓ（２０。Ｉ—ｔＯＩ）一ｉ曲ｓｉｎ（２０。ｌ—ｔｏｔ）２
ｔ。ｓｉｎ［２（参。一ｐ。）］＝，。。ｓｉｎ（２Ａ０。）。（７）
图２磁极位置检测框图
Ｆｉｇ．２Ｄｉａｇｒａｍｏｆｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ当磁极位置辨识误差比较小时，ｅＡ０。近似与Ａ０．成正比，为了降低估计算法的复杂程度，设计一
永磁同步电机转子初始位置的检测方法
永磁同步电机转子初始位置的检测方法
王冉珺;刘恩海
【摘 要】In order to resolve the problem, that rotor position inspection
depends on motor parameters, and is too complex to calculate current
phase which may cause rotor rotated during inspection, a method using
high frequency voltage injection to estimate the initial rotor position for
permanent magnet synchronous motor( PMSM) is presented. When the
rotating high frequency voltage signal was injected into the motor
windings, the rotor position could be derived from the phase of maximum
of the current response after demodulating it, filtering it and fitting with
least squares method. After that, the magnet polarity was identified using
magnetic saturation effects. Both simulation and experimental results show
that the proposed algorithms can detect rotor initial position without
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
一、电机位置检测
1、位置检测原理
永磁同步电机的位置检测依靠的是电机的永磁特性，即有一个静止的永磁位置，而永磁位置的判定依赖于外部磁场，如果外界磁场的强度超过一定的阈值，永磁位置就能被确定，也就可以确定电机的初始位置。
2、位置检测实现
通常采用三阶外接式传感器来进行位置检测，此类传感器结构简单，可以在实际应用中取得较好的检测效果。被检测的永磁位置成为“参考点”，然后就可以测量电机的旋转位置，从而决定其初始位置。
二、电机启动
1、启动原理
启动永磁同步电机，需要将电流不断增大，直至电机达到预设的转速，才算完成启动过程。在启动过程中，电机的磁通一直会受到控制，而磁通的变化会影响电机的电流和转矩，进而影响转速，从而实现启动。
2、启动实现
一般来说，永磁同步电机启动可以采用电流控制和调速电路控制两种方式。电流控制模式可以通过调节其电流来控制电机的起动和调速，而调速电路控制则通过调节电机的速度反馈来控制电机。
永磁同步电机转子初始位置检测方法
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永磁同步电机转子初始位置检测方法
作者：齐淑尊 王文彬
来源：《科学与财富》2017年第26期
摘 要：随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高科技产物被广泛应用到了国家的生产建设和人们的日常生活里，其中永磁同步电机就是其中之一。因为永磁同步电机拥有很多优点，如体积小，实用效率高，耗能量低等，所以受到很多生产建设相关人士的好评。但是，在永磁同步电机使用的过程中，还有需要注意的事项，尤其是永磁同步电机转子初始位置的检测，它对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用。本篇文章就是通过对永磁同步电机转子初始位置检测方法方面的内容进行论述，并通过一些相关数据和公式，对其进行简要的分析，希望能对永磁同步电机在未来的发展提供帮助。
关键词：永磁同步电机；转子初始位置；高频信号注入；磁路饱和效应
在过去的发展过程中，人们建设与生产的时候会应用到各种各样的机械设备，尤其是电机的使用率比其他相关设备的使用率更高。但是传统的电机设备比较老化，工作效率也比较低，同时还会消耗大量的电能，影响国家的整体发展。但是永磁同步电机在现代社会发展中的出现，大大提高了相关事业的生产与建设水平。因为永磁同步电机的工作效率明显比传统电机的效率高，所以被广泛的应用在国家发展中的各个领域。但是永磁同步电机能否良好的运作，与其转子初始位置有着密不可分的联系，要想良好的发挥永磁同步电机的作用，就要做好其转子初始位置的检测工作。
1 永磁同步电机转子的简要概述
转子的初始位置对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用，如果在永磁同步电机被应用在某些工程建设或是某种产品生产的过程中，相关的监测管理人员没能及时的发现永磁同步电机转子初始位置的变化或者对转子初始位置偏移不能进行良好的预测，那么永磁同步电机的转子就会发生反转或是导致永磁同步电机失灵等状况，一旦这样的情况出现，不仅会对相关的建设或生产工作造成严重的影响，还会导致某些机械设备产生连带作用跟着一起失灵，从而造成生产或建设事故，更严重的还会造成人员伤亡。所以，永磁同步电机转子初始位置相关的检测人员一定要技术的处理转子初始位置偏移的问题，保证相关工程能够顺利进行以及工作人员的安全。
永磁同步电机转子初始位置检测方法 2
、，０１－３５ ＮＯ．２ ２０１ ５．２ 船电技术Ｉ应用研究
永磁同步电机转子初始位置检测方法
何鑫，李明勇，高 跃
（武汉船用电力推进装置研究所，武汉４３００６４）
摘要：使用增量式编码器关键在于确定转子的初始位置。本文基于永磁同步电机数学模型，提出了一种
转子初始位置定位方法。该方法采用二分法选择电流矢量试探角度，根据转子转动方向不断缩小初始位置
范围。实验结果表明，该方法能迅速准确完成转子初始位置定位。
关键词：永磁同步电机转子初始位置增量式编码器
中图分类号：ＴＭ３５ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３．４８６２（２０１５）０２—００７７—０４
Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｉｔｉａｌ Ｒｏｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ
Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒｓ
Ｈｅ Ｘｉｎ，Ｌｉ Ｍｉｎｇｙｏｎｇ，Ｇａｏ Ｙｕｅ
（Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓ、ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｉｓｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆｐｈｏｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒｓ ｉｓ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ．
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈ ｍｏｄｅｌ ｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ａ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｂｉｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅｓ ｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ
一种永磁同步电机转子初始位置检测方法
一种永磁同步电机转子初始位置检测方法
李世良;刘景林;吴增艳;杨奔
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2015(048)003
【摘 要】在永磁同步电机在变频起动时,如果不能正确的判断出电机转子d轴正方向的初始位置,就有可能会使永磁同步电机起动过程中反转,这种现象在某些应用场合是不允许出现的.介绍了一种基于码盘的永磁同步电机转子初始位置检测方法.该方法首先利用内嵌式永磁同步电机的凸极性,通过三个检测矢量来判断转子d轴的位置.然后通过已知的转子d轴位置再加入一个特定的检测矢量,根据电机的转向来判断出d轴正方向的位置.此方法可以将d轴正方向判断在30°电角度的范围内,同时实验验证了该方法的准确性和稳定性.
【总页数】5页(P24-28)
【作 者】李世良;刘景林;吴增艳;杨奔
【作者单位】西北工业大学,西安710129;西北工业大学,西安710129;西北工业大学,西安710129;西北工业大学,西安710129
【正文语种】中 文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.基于新型高频注入法的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 洪琨;刘刚;毛琨;吕晓源;周新秀 2.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 刘庆飞
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永磁直线同步电机初始位置检测算法分析
永磁直线同步电机初始位置检测算法分析
摘要：针对采用增量式光栅为位移传感器的表贴式隐极永磁直线电机伺服控制系统，利用饱和凸极效应来检测动子初始位置。基于注入脉振高频电压后d、q轴高频电流响应特性，并极值法计算法获得动子初始位置，并采用双脉冲电压矢量注入对动子极性进行判断，解决了高频电压注入法无法确定动子极性的问题。实验测量表明，采用极值法估计动子初始位置预测均方根误差为0.141 rad，结果表明，极值法获得永磁直线电机动子初始位置的估计可以满足永磁直线电机平稳启动要求。
关键词：直线电机；动子初始位置角；高频注入；凸极效应
同传统旋转电机相比，直线电机省去齿轮、链条等中间传动机构，可以简化系统结构，提高效率，因此更适用于物流线、数控机床进给系统等直线运动场合。永磁直线电机具有推力密度大、效率高等优点，广泛应用于伺服控制系统中[1]。在高性能的直线电机伺服控制系统中，对于电机的启动性能来说，电机动子的初始位置影响比较大，尤其在高性能的直线电机伺服控制系统中，显得更加重要。以增量式光栅尺或磁栅尺作为位移传感器的直线电机伺服控制系统中，系统上电后，无法由位移传感器直接获得动子初始位置，需要采取位置估算算法估计动子初始位置。
科研人员不断深入研究，目前为止提出了多种针对于永磁旋转电机的转子初始位置的估计方法。通过向定子电枢绕组中注入一系列脉冲电压矢量，比较电流响应幅值，从而确定转子位置[2, 3]，已经有学者采用这种方法对永磁直线电机动子初始位置进行检测[4]，这种方法简单，容易实现，但是由于对电流响应幅值进行单次采样，容易受到电流传感器采样误差影响，也有研究人员在采集电流响应的基础之上计算电感参数矩阵，从而获得转子位置[5]，但如此这样的尝试计算，依旧无法回避采样误差所带来的影响。基于永磁旋转电机的固有凸极和饱和凸极效应的高频电压注入法广泛应用于转子初始位置检测[6-8]，对内埋式等凸极率较高的电机，高频电压注入可以快速获得转子位置，对于隐极电机，转子位置信息提取比较困难，而且容易受到采样噪声信号干扰，使精度降低。而表贴式永磁直线电机，是归属于隐极电机这一类别。因此，实验的关键选择就是脉振高频电压注入。我们将会从高频电流响应中提取到动子位置的信息，并利用直线电机的特点，运用极值法来获得我们想要的动子位置，因为这种方法更加可靠并且实用。
内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
第１７卷第３期 ２０１３年３月 电 机 与 控 制 学 报 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１３
内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法
何栋炜 ， 彭侠夫 ， 蒋学程 ， 周结华
（１．厦门大学信息科学与技术学院，福建厦门３６１００５；２．闽江学院电子系，福建福州３５０１０８）
摘要：针对现有内置式永磁同步电机（ＩＰＭＳＭ）转子初始位置估计方法设计复杂与计算量大的问 题，提出了基于旋转高频信号注入和傅氏算法的改进方法。使用移相和傅氏算法从响应电流中提
取转子位置初步估算值，利用磁路饱和特性获得转子磁极方向，综合其结果得到转子初始位置，并 对死区效应等非线性因素对该方法的影响进行了分析。在此基础上提出使用移位代替移相滤波器 （通过选择适当的ＰＭＷ频率和注入信号频率）、平均滤波等方法改进算法实现。在实验平台上完 成验证实验，实验结果表明本文提出的方法能够快速且准确地估算出ＩＰＭＳＭ转子初始位置（误差
小于６。电角度），并且该方法相比传统方法更容易实施、计算量更小，适合工程应用。 关键词：内置式永磁同步电机；傅氏算法；高频信号注入；初始位置估计；磁极判断 中图分类号：ＴＭ ３５１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１３）０３—００４９—０７
Ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＩＰＭＳＭ
ＨＥ Ｄｏｎｇ．ｗｅｌ’ ，ＰＥＮＧ Ｘｉａ—ｆｕ ，ＪＩＡＮＧ Ｘｕｅ．ｃｈｅｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｊｉｅ—ｈｕａ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ ３６１００５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｉｎｊｉａｎｇ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）
永磁同步电机初始位置检测及启动方法 2
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，广泛应用于工业生产和家用电器中。在永磁同步电机的启动过程中，初始位置检测是非常重要的一步，它能够确保电机的正常启动和运行。本文将介绍永磁同步电机初始位置检测及启动方法。
永磁同步电机的初始位置检测方法有多种，其中比较常用的是霍尔传感器检测法和反电动势检测法。霍尔传感器检测法是通过在电机转子上安装多个霍尔传感器，检测转子位置，从而确定电机的初始位置。反电动势检测法是利用电机在启动过程中产生的反电动势信号，通过对信号进行处理，确定电机的初始位置。
在确定了电机的初始位置后，接下来就是启动电机。永磁同步电机的启动方法有直接启动法和间接启动法。直接启动法是将电机直接连接到电源上，通过控制电源电压和频率，使电机转子旋转。间接启动法是通过变频器控制电机的转速和转向，从而实现电机的启动。
在实际应用中，永磁同步电机的启动过程中还需要注意一些问题。首先是电机的负载问题，如果电机负载过大，可能会导致电机启动失败或者启动时间过长。其次是电机的控制问题，需要根据实际情况选择合适的控制方法和控制参数，以确保电机的正常启动和运行。最后是电机的保护问题，需要安装过流、过载等保护装置，以保护电机的安全运行。
永磁同步电机的初始位置检测及启动方法是电机启动过程中非常重要的一步。通过选择合适的检测方法和启动方法，以及注意电机的负载、控制和保护问题，可以确保电机的正常启动和运行，提高电机的效率和性能。
一种基于电感饱和效应的电流差值检测永磁同步电机转子初始位置的方法
2018年4 月 电 工 技 术 学 报 Vol.33 No. 7 第33卷第7期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Apr. 2018
DOI：10.19595/ki.1000-6753.tces.170161
一种基于电感饱和效应的电流差值检测
永磁同步电机转子初始位置的方法
黄科元 陈忠强 黄守道
（湖南大学电气与信息工程学院 长沙 410082） 摘要 解决无位置传感器永磁同步电机（PMSM）控制系统起动困难的关键在于准确的转子
初始位置检测。该文在分析了永磁同步电机绕组磁路饱和度与电感值以及永磁体转子位置与绕组
电流的关系的基础上，设计了一种电流差值检测方法，定子三相绕组任意选通两相，另一相悬空，
正反方向注入电压脉冲，得到响应电流差值，根据电流差值得到转子初始位置，同时辨识出转子
NS极。为了克服注入的电压脉冲在绕组中产生的剩磁影响采样电流准确性的问题，提出了一种抵
消剩磁的脉冲注入方式，从而提高转子初始位置检测的准确性。实验结果验证了该方法简单可靠，
不受转子凸极结构限制，可同时适用于面贴式和内嵌式永磁同步电机，检测过程保持完全静止，
具有很高的工程实用性。
关键词：永磁同步电机 转子初始位置 电流差值检测 剩磁
中图分类号：TM341 A Initial Rotor Position Estimation Method for PMSM
Based on Inductance Saturation Effect
Huang Keyuan Chen Zhongqiang Huang Shoudao
（College of Electrical and Information Engineering Hunan University Changsha 410082 China） Abstract The initial rotor position detection accuracy is the key of solving the start difficulty in
永磁同步电机转子位置估算专题
永磁同步电机转子位置估算专题
研究内容
随着新能源汽车行业及智能化进程的加速，电动汽车和智能机器对永磁同步电机的要求越来越高，从而使它成为研究的热点。在100％电力驱动的汽车中，永磁同步电机的出色性能把其定位为电动汽车的首选。然而，由于永磁同步电汽车的缺乏表达性和位置测量装置的线分离，这意味着永磁同步电机的位置参数估算是研究的重要内容之一。
本研究将针对定子励磁永磁同步电机，重点从电流、转矩信号中估算出转子位置信息，同时应用机器学习算法，以改善转子位置准确度和効率。首先使用传统的有限定状控制方法获取转子位置信息，然后引入机器学习算法，有效的解决位置参数的不准确问题，并提出可靠的解决方案。
本研究将从两个方面来实现转子位置估算，一是传统有限定状控制；二是机器学习方法。首先，采用有限定状控制，使用定子电流、转矩等测量信号，用相关最小二乘估计算法，来实现对转子位置信息的估计。然后，将机器学习方法引入到转子位置估算中，采用人工神经网络等机器学习算法，在定子电流、转矩的条件下，优化转子定位参数的准确度。