永磁同步电机电流控制模型的无传感器运行

永磁同步电机电流控制模型的无传感器运行

魏海峰;韦汉培;张懿;戴阳

【摘要】传统基于扩展反电势估算转子位置和转速的永磁同步电机无位置传感器控制系统,其扩展反电势幅值易受负载转矩变化影响,使得电机转子位置和转速估算不精确.针对该问题,基于实际电机电流值与模型电机电流值之差,提出γ-δ旋转坐标系下的永磁同步电机无位置传感器电流控制模型算法.新型电流控制模型算法包含模型转速和γ-δ轴估算转速,通过δ轴电流误差求取模型转速,对模型转速补偿处理得到轴估算转速.在此基础上,对轴估算转速补偿后积分处理得到转子位置估算,从而获得准确的电机转速,避免了扩展反电势的求取.仿真和实验结果表明新型电流控制模型算法负载转矩波动下动态转矩性能良好,对电机内部参数摄动和外部干扰具有鲁棒性.

【期刊名称】《电机与控制学报》

【年(卷),期】2018(022)008

【总页数】7页(P75-81)

【关键词】永磁同步电机;无传感器控制;γ-δ旋转坐标系;电流控制模型算法

【作者】魏海峰;韦汉培;张懿;戴阳

【作者单位】江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003

【正文语种】中文

【中图分类】TM301

0 引言

永磁同步电机无位置传感器高性能控制需准确检测转子位置以及转速大小[1]。目前，滑模观测算法广泛应用于无位置传感器永磁同步电机转子位置以及转速检测中，首先通过滑模观测器观测出反电势，进而经过一系列计算间接获取转子位置和转速信息。由此看来，反电势观测的准确度成为无位置传感器滑模控制的关键。然而，传统反电势滑模观测器因其固有抖振特性以及测量噪声使得其输出反电势存在大量的噪声扰动，加上低通滤波器的使用使得输出反电势存在相位偏移和幅值削弱，进而间接影响转子位置和转速的估算。因此，有关滑模观测器的处理有待作进一步的研究[2-4]。

近年来，针对永磁同步电机无位置传感器控制问题，国内外学者提出多种转子位置以及转速估算方法，具体包括：最小二乘估法[5]、卡尔曼滤波法[6]、模型参考自

适应法[7-8]、载波频率成分法[9]以及滑模观测法[10-11]等。其中，滑模观测法以结构简单、抗干扰性强的优点，实际工程中被广泛应用于永磁同步电机无传感器驱动控制。Qiao Z等人提出一种新型滑模观测器来实现永磁同步电机无传感器控制。在获得反电动势等效信号后，根据反电动势模型构建观测器，达到良好的静态和动态性能[12]。为进一步增强滑模观测系统抗参数扰动性，Zhang X提出一种扩展

滑模机械参数观测器估计驱动系统的机械参数，实时跟踪系统扰动[13]。Song X

提出一种基于正交锁相环的滑模观测器，该锁相环包含两个同步频率提取滤波器，自适应有效地补偿估计反电动势谐波误差[14]。文献[15]提出一种基于双滑模模型参考自适应系统的永磁同步电机无位置传感器控制策略，利用两模型输出偏差构造了2个滑模面，将通过滑模算法获得的等效控制进行运算获得电机的转速和转子

位置角。

传统基于扩展反电势估算转子位置和转速的永磁同步电机无位置传感器控制系统，其扩展反电势幅值易受负载转矩变化的影响，使得电机转子位置和转速估算不够精确。本文提出基于旋转轴坐标系构建的新型电流控制模型算法，该算法采用假定旋转坐标系代替原有的静止坐标系，直接基于实际电机电流值与模型电机电流值之差计算所需物理量，有效避免对扩展反电势的估算。电流模型中包含模型转速和轴估算转速，通过轴电流误差求取模型转速，对模型转速补偿处理得到轴估算转速。同样地，对其补偿后积分处理得到位置估算角度，从而获得准确的转速以及转子位置估算。新型算法下的转子位置及转速估算精度高，响应曲线平滑、抖振小，对电机内外扰动具有鲁棒性。为验证该本文提出算法的有效性，对新型算法的仿真和实验响应特性曲线进行了深入分析。仿真和实验结果皆表明，本文提出的永磁同步电机新型电流模型控制算法有着优良的控制效果。

1 电流控制模型算法

根据永磁同步电机工作原理，可得如图1所示的电机分析模型。

图1 永磁同步电机分析模型Fig.1 Analytical model of PMSM

其中d-q轴和γ-δ轴分别为实际转子位置轴以及估计转子位置轴，θ和θc分别为实际转子位置角和估计转子位置角，Δθ为估计转子位置角与实际转子位置角误差Δθ=θc-θ。

(1)

三相静止坐标系下永磁同步电机电压方程为

(2)

式中：Ra、La为电机电枢绕组电阻和电感；K3为三相静止坐标系下的反电势常数；iu、iv、iw为三相电流；vu、vv、vw为三相电压；p为导数算子。

基于γ-δ轴上的物理量数值得出需根据变换矩阵C3s/2r，即

(3)

式中：γ、δ代表γ-δ轴上的物理量数值；u、v、w代表三相静止坐标系下的物理量数值。

式(2)两端同时左乘式(3)中的变换矩阵，得到γ-δ轴下的永磁同步电机等效电压方程

(4)

式中：为γ-δ两相旋转坐标系下的反电势常数，为电机实际转速，为估计转速，R、L分别为γ-δ两相旋转坐标系下的电机等效电枢绕组电阻和电感。vγ、vδ和iγ、

iδ分别为γ-δ两相旋转坐标系下的电压和电流。

电磁转矩

Te=KTiδcosΔθ。

(5)

式中KT为电磁转矩系数。

图2为满足Δθ=0即条件时，γ-δ旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型框图，

该图根据式(4)所得。若此时γ轴上的电流满足iγ=0的条件，则控制对象相当于传统直流电机。

图2 γ-δ旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型Fig.2 Mathematical model of PMSM under γ-δ rotating coordinate system

在该新型算法中，利用电流实际值与模型电流值之差，通过补偿、积分等计算得到电机转子位置和转速估算值。重新整理式(4)，永磁同步电机电流控制模型为

(6)

假设任一某采样时刻采样得到电流值为iγ、iδ，则下一采样时刻采样得到电流值

inγ、inδ为

(7)

式中：T为系统采样周期，且式(6)和式(7)对于实际电机有效。

相应地，理想条件θc=θM下，控制系统中电机电流模型为

(8)

(9)

式中：为模型转速；iγM、iδM为模型电流，式(8)及式(9)对于模型电机有效。

由式(6)～式(9)可得实际电流与模型电流误差为

(10)

在误差足够小的情况下，sinΔθ≅定义为

(11)

由式(10)可知，γ轴和δ轴电流误差分别对应电机转子位置误差和转速误差。因此，

电机转子位置和转速估计算法如下：

δ轴电流误差对应实际转速与模型转速误差，则模型转速估算为

(12)

式中Kω为模型电机转速估算增益。

γ轴电流误差对应转子估算位置角与实际角误差，则转子位置角估算为

(13)

式中Kθ为转子位置估算增益。

γ-δ轴转速估算为

(14)

式中：T1为滤波器时间常数，用于去除Δiγ中的纹波噪声。

2 仿真结果分析

为验证提出算法的有效性，进行了新型电流控制模型算法的仿真研究。其中，仿真中采用永磁同步电机参数如下：额定功率为1.2 kW，额定电压为220 V，额定转速为1 200 r/min，极对数为2，交、直轴电感均为15.3 mH，定子电阻为0.56 Ω。

图3给出新型电流控制模型算法下，电机处于额定负载1 200 r/min转速时的轴估算转速与模型转速波形对比，图4给出该工况下的实际转子位置与估算转子位置波形对比。

图3 轴估算转速与模型转速对比(仿真)Fig.3 Comparison of estimated axis speed and model speed(simulation)

其中，图3(a)和图4(a)中，模型电机反电势常数设置成真实反电势常数，即

KEM=KE，此时轴估算转速以及模型转速均能够很好地跟踪实际转速值，估算转

子位置与实际转子位置基本吻合；图3(b)和图4(b)中，模型反电势常数设置为真

实反电势常数的1.2倍，即KEM=1.2KE，该情况下，模型转速为950 r/min左右，但轴估算转速以及估算转子位置经补偿后亦可较好地跟随实际值。

图4 实际转子位置与估算转子位置对比(仿真)Fig.4 Comparison of actual position and estimated position(simulation)

图5为电机处于额定负载转矩、给定转速突变工况下的轴估算转速响应波形，电

机稳定运行于1 200 r/min时，给定电机转速由1 200 r/min突变为100 r/min，继而突变为800 r/min，转速变化响应时间0.06 s左右。由该图波形可知，电机

转速动态响应迅速，跟踪精确度较高。

图6为电机在负载转矩突变工况下的旋转交轴电流和估算转子位置响应曲线。可

以很明显地看出，新型电流控制模型算法下的电机转矩电流对于负载突变情况具有迅速的响应能力。仿真波形表明新型算法克服了传统基于扩展反电势估算方法受负载扰动影响较大的缺陷，对系统外部扰动具有较强的鲁棒性。

图5 给定转速突变下的轴估算转速响应(仿真)Fig.5 Response of estimated axis speed under the sudden change of given speed(simulation) 图6 负载转矩突变下的旋转交轴电流响应(仿真)Fig.6 Response of rotating AC axis current under the sudden change of load(simulation)

3 实验结果分析

进一步地，在永磁同步电机交流调速实验平台上进行了新型算法的实验研究，实验结果的分析从电机起动状态特性和稳定状态特性两方面展开。

3.1 启动状态特性

为检验算法中初始估算位置角θc_initial与实际初始位置角θinitial误差对电机起

动特性的影响，分别设置初始位置角误差为0°和-60°，即Δθinitial=0°和

Δθinitial=-60°，比较其估算转速和估算转子位置误差。图7(a)为给定1 200

r/min转速下Δθinitial=0°时的估算转速和估算转子位置误差波形，图7(b)为相同工况下Δθinitial=-60°时的估算转速和估算转子位置误差波形。由图7可看出，2种误差情况下电机都能稳定起动，起动特性良好，Δθinitial=-60°情况下的估算转子位置能够迅速趋近实际位置。由此可知，新型电流控制模型算法对转子初始位置误差具有良好的收敛性，其误差能迅速收敛于0，初始估算位置角误差对电机起动性能的影响小。

图7 起动特性(实验)Fig.7 Starting characters(experiment)

3.2 稳定状态特性

图8给出额定负载下给定电机转速1 200 r/min时的轴估算转速与模型转速对比，图9给出同样工况下的电机实际转子位置与估算转子位置对比。图8(a)、图9(a)中，模型电机反电势常数设置成真实反电势常数，即KEM=KE，此时电机轴估算

转速以及模型估算转速均可精确地跟踪给定转速值，估算转子位置基本与实际转子位置吻合；图8(b)、图9(b)中，设置模型反电势常数为真实反电势常数的1.2倍，即KEM=1.2KE，在这种情况下，模型估算转速为950 r/min，但此时的轴估算转速与估算转子位置经补偿同样可以及时跟随给定转速，验证了新型电流控制模型算法对电机内部参数扰动的鲁棒性。

图10为额定负载转矩下给定转速突变工况的轴估算转速和估算位置角误差响应，电机稳定运行于1 200 r/min，经过一段时间给定电机转速由1 200 r/min突变为100 r/min，继而给定转速由100 r/min突变为800 r/min。由图可知，新型算法下的电机转速响应迅速，给定转速突变对电机估算转子位置无显著影响，转速动态响应性能优良。

图8 轴估算转速与模型转速对比(实验)Fig.8 Comparison of estimated axis speed and model speed(experiment)

图9 实际转子位置与估算转子位置对比(实验)Fig.9 Comparison of actual position and estimated position(experiment)

图11(a)和图11 (b)分别表示突加和突减额定负载工况下的电机旋转交轴电流和转子位置估算误差的响应曲线。电机转矩电流对于负载突变情况具有较迅速的响应能力，估算转子位置误差变化小，系统稳定性强，表明提出的新型算法对控制系统外部扰动具有较强鲁棒性，且电机转矩电流脉动小，转子位置角度估算准确。

图10 给定转速突变下的轴估算转速和估算位置角误差响应(实验)Fig.10 Response of estimated axis speed and rotor position error under the sudden change of given speed(experiment)

图11 负载突变下的旋转交轴电流和估算位置角误差响应(实验)Fig.11 Response of rotating AC axis current and rotor position error under the sudden change of load(experiment)

4 结论

本文提出了γ-δ旋转坐标系下适用于永磁同步电机无位置传感器运行的新型电流控制模型算法，通过理论、仿真和实验的研究，可得结论如下：

1)新型电流控制模型算法无需观测扩展反电势，避免了负载转矩变化造成的所观测物理量不准确问题，转矩动态性能响应迅速。

2)新型电流控制模型算法控制结构简单，且对控制系统内部参数摄动、外部负载干扰、测量误差等具有较强鲁棒性。

3)电机转子初始位置估算误差对于新型算法的电机起动性能影响较小，误差很快收敛于0，有利于实现永磁同步电机的无传感器运行。

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永磁同步电机电流控制模型的无传感器运行

永磁同步电机电流控制模型的无传感器运行 魏海峰;韦汉培;张懿;戴阳 【摘要】传统基于扩展反电势估算转子位置和转速的永磁同步电机无位置传感器控制系统,其扩展反电势幅值易受负载转矩变化影响,使得电机转子位置和转速估算不精确.针对该问题,基于实际电机电流值与模型电机电流值之差,提出γ-δ旋转坐标系下的永磁同步电机无位置传感器电流控制模型算法.新型电流控制模型算法包含模型转速和γ-δ轴估算转速,通过δ轴电流误差求取模型转速,对模型转速补偿处理得到轴估算转速.在此基础上,对轴估算转速补偿后积分处理得到转子位置估算,从而获得准确的电机转速,避免了扩展反电势的求取.仿真和实验结果表明新型电流控制模型算法负载转矩波动下动态转矩性能良好,对电机内部参数摄动和外部干扰具有鲁棒性. 【期刊名称】《电机与控制学报》 【年(卷),期】2018(022)008 【总页数】7页(P75-81) 【关键词】永磁同步电机;无传感器控制;γ-δ旋转坐标系;电流控制模型算法 【作者】魏海峰;韦汉培;张懿;戴阳 【作者单位】江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003 【正文语种】中文

【中图分类】TM301 0 引言 永磁同步电机无位置传感器高性能控制需准确检测转子位置以及转速大小[1]。目前，滑模观测算法广泛应用于无位置传感器永磁同步电机转子位置以及转速检测中，首先通过滑模观测器观测出反电势，进而经过一系列计算间接获取转子位置和转速信息。由此看来，反电势观测的准确度成为无位置传感器滑模控制的关键。然而，传统反电势滑模观测器因其固有抖振特性以及测量噪声使得其输出反电势存在大量的噪声扰动，加上低通滤波器的使用使得输出反电势存在相位偏移和幅值削弱，进而间接影响转子位置和转速的估算。因此，有关滑模观测器的处理有待作进一步的研究[2-4]。 近年来，针对永磁同步电机无位置传感器控制问题，国内外学者提出多种转子位置以及转速估算方法，具体包括：最小二乘估法[5]、卡尔曼滤波法[6]、模型参考自 适应法[7-8]、载波频率成分法[9]以及滑模观测法[10-11]等。其中，滑模观测法以结构简单、抗干扰性强的优点，实际工程中被广泛应用于永磁同步电机无传感器驱动控制。Qiao Z等人提出一种新型滑模观测器来实现永磁同步电机无传感器控制。在获得反电动势等效信号后，根据反电动势模型构建观测器，达到良好的静态和动态性能[12]。为进一步增强滑模观测系统抗参数扰动性，Zhang X提出一种扩展 滑模机械参数观测器估计驱动系统的机械参数，实时跟踪系统扰动[13]。Song X 提出一种基于正交锁相环的滑模观测器，该锁相环包含两个同步频率提取滤波器，自适应有效地补偿估计反电动势谐波误差[14]。文献[15]提出一种基于双滑模模型参考自适应系统的永磁同步电机无位置传感器控制策略，利用两模型输出偏差构造了2个滑模面，将通过滑模算法获得的等效控制进行运算获得电机的转速和转子 位置角。

无速度传感器矢量控制原理

无速度传感器矢量控制原理 无速度传感器矢量控制（Sensorless Vector Control）是一种在没有速度传感器的情况下实现电机精确速度和转矩控制的方法。该控制方法广泛应用于交流电机，如感应电机和永磁同步电机。无速度传感器矢量控制原理的核心在于通过电机自身的电压和电流信息，估计出电机的转速和转矩，进而控制电机的运行状态。 无速度传感器矢量控制的实现需要以下主要步骤： 1. 电流采样与转换：首先，需要对电机的三相电压和电流进行采样并进行模数转换，通常使用模数转换器（ADC）来完成这项工作。采样频率应该足够高，以确保对电流的精确测量。 2. 电流控制环：电流控制环的目的是保持电机的电流和预期值保持一致，以实现所需的电机转矩控制。电流控制环通常由PID控制器组成，控制器使用电流误差信号来调整电机的电压，使电流保持在预期值。 3. 电流解耦：在电流控制环之后，需要进行电流解耦操作，将三相电流转换成直流坐标系下的两个分量：一个是磁场分量，另一个是扭矩分量。这一步骤的目的是消除电机中的交叉耦合，使得电机的控制更为简单。 4. 转速和转矩估算：在无速度传感器的情况下，需要通过电流和电压信息来估计电机的转速和转矩。估算转速的常用方法是利用感应电机的反电动势

（back-EMF）或者永磁同步电机的电压方程，并使用观测器来估计转速值。转矩的估算可以利用电流和电压信息，结合电机的恒功率特性来进行估算。 5. 转速和转矩控制：通过估算出的转速和转矩值，可以根据要求设定所需的转速和转矩控制策略。通常采用PID控制器来根据转速和转矩误差来调整电机的电压，以使电机的运行状态达到设定值。 需要注意的是，无速度传感器矢量控制虽然可以不依赖于传感器来实现电机的速度和转矩控制，但在实际应用中，需要具备准确的电机模型和参数，以及高性能的数字信号处理器（DSP）或者微控制器（MCU）来实现控制算法。此外，该方法在低速和低转矩运行时可能存在一些误差，因此在特定应用场景中，可能还需要使用速度传感器来提高控制的准确性。 无速度传感器矢量控制在交流电机的应用中具有重要的意义，不仅能够降低系统成本，还能提高控制的灵活性和响应性。随着电机控制技术的不断进步和数字信号处理技术的普及，无速度传感器矢量控制在工业自动化领域的应用前景十分广阔。

内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究共3篇

内置式永磁同步电机无位置传感器控 制研究共3篇 内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究1 内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究 随着现代工业的不断发展，永磁同步电机已成为工业领域中不可缺少的机械传动装置。其效率高、输出力矩大等优点使得其广泛应用于轻工、重工等行业。然而，传统的永磁同步电机控制方法需要借助位置传感器，以保证电机的运行安全和性能稳定。然而，在某些特殊情况下，位置传感器未必能满足使用需要，如传感器引线长度过长、机械磨损等，都可能会引起位置传感器测量误差，从而影响永磁同步电机的控制效果。针对这一情况，研究内置式无位置传感器控制方法成为当前研究的热点之一。 内置式无位置传感器控制方法最为简洁，其核心是通过与电机内部磁场形成的反电势信号来计算电机转子位置和转速，并通过反电势信号的大小及相位差来调节电机控制器的控制信号。与传统位置传感器方法相比，内置式控制方法不需要额外的位置传感器，从而简化系统结构并降低了设备的成本和维护难度。 无位置传感器控制方法有多种实现方案，比较常用的两种是基于滑动模式观测器和基于鲁棒自适应观测器。其中，滑动模式观测器以其简单直观、易于实现的特点，被广泛应用于无位置传感器电机控制领域。其核心思想是通过滑动面的设计，来实

现对电机位置和速度的准确观测，同时也可以提高系统对不确定性干扰的抗干扰能力。鲁棒自适应观测器则通过调节系统参数来抑制估计误差，具有更高的准确性和稳定性，适用于大功率永磁同步电机控制系统。 在实验研究中，研究人员基于MATLAB/Simulink平台，搭建了基于滑模观测器无位置传感器控制系统，并通过模拟电机的转速、转矩、电流等实验数据，验证了其控制效果及理论准确性。结果表明，该控制系统在无位置传感器的情况下，仍然可以保证电机的运行稳定，控制效果与传统的位置传感器方法相当。 综上所述，内置式无位置传感器控制方法具有简单、可行、成本低、稳定性高等优点，是近年来永磁同步电机控制领域的一个热门研究方向。在未来，我们将继续探索该研究领域，并结合实际工业应用场景，开发更为稳健、准确的无位置传感器控制方案，以推动永磁同步电机技术的进一步发展和应用 内置式无位置传感器控制方法是永磁同步电机控制领域的一个新兴研究方向，具有简单、可行、成本低、稳定性高等优点。经过实验验证，该方法在保证电机稳定运行的同时，控制效果与传统的位置传感器方法相当。未来，该领域将继续发展，推动永磁同步电机技术的进一步应用 内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究2 内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究 随着工业自动化的推进以及新能源汽车的快速发展，内置式永磁同步电机的应用越来越广泛。然而，传统的内置式永磁同步

永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展探讨

永磁同步电动机无传感器控制技术现状 与发展探讨 摘要：永磁同步电机无位移传感器系统，其利用检测电机的定子侧电压和端 电压算出转子位移，取代了传统的机械位移传感器系统，不但减少了成本，同时 增加了控制精度和可靠性。本文基于永磁同步电动机发展现状，分析无传感器永 磁同步电机工作存在的问题，总结不同转速下的无位置传感器控制技术。 关键词：永磁同步电机；无传感器；控制技术 无传感器的永磁同步电机，是在电动机转子与机座之间不配备电磁或光电传 感器的情形下，运用电动机绕组中的有关电讯号，采用直接计量、参数识别、状 态评估、间接检测等技术手段，在定子边比较简单检测的物理性质量如定子压力、定子电流等中抽取出与转速、位移速度相关的物理性质量，再运用这些检测到的 物理性质量和电动机的数学模型测算出电动机转子的位移与速度，从而代替了机 械传感器，实现电动机的闭环控制。 1.永磁同步电动机无传感器控制技术存在的问题 高性能的交流调速传动系统通常要求在定子轴上装设机械式传感器，以检测 相应的定子转速与位移。这种机械式传感器，通常包括了解码器（Encoder)、解 算器（Resolver）和测速发动机（Tacho-meter)。机械式传感器可以满足发电机 所需要的转动信息，但同时也对传动系统设计造成了一些困难。 机械式传感器加大了在发电机定子上的转动惯量，从而增大了发电机的空间 大小和重量，而使用机械式传感器为测量转子的速度和位移，需要另外增设了发 电机和控制器相互之间的连线和端口电路，使系统更易受影响，从而大大地降低 了准确性。

受设备式传感器使用环境（如温度、湿度和振动）的影响，驱动控制系统并无法普遍应用于所有场所。 机械式传感器以及配套电路大大提高了传动系统的生产成本，而一些高精度传感器的售价甚至能够和马达本身售价比较高。为解决大量采用机械式传感器给传动系统所造成的问题，不少专家都进行了无机械式传感器交流传动控制系统的研发。无机械式信号交流变速控制系统是指根据使用电器绕组的所有电讯号，并采用适当方式估计出转动的速率和方位，以替代机械式信号，进行交流传动控制系统的循环调节。 2.不同转速下的无传感器控制技术 2.1中高速则无传感器 采用反电势的位置预测法。利用传感器输出的电流方程求出感应电动势以实现对转子位移的预测，由于这个方法只取决于发电机的基波方程，所以实现起来非常简单。因为反电动势矩形波和速度成正比，当零速时，反电动势为零；而在速度较低时，因为讯杂比极小，再加上一些影响因子，就无法准确的预测转子的速度和位移，使得即使在静止和低速运行中，采用反电势的计算方法也难以顺利运行。 基于磁链的位置计算方法。这一类算法主要是利用电机端的压力差和磁场来实现对定子磁链的测量，从而可以预测电机位置和转速。由于此类算法直观性较好、比较容易进行、没有烦琐的运算，而且通常使用数字累积积分，因此，直流偏置和积分偏移的现象也难以避免。观测速度的准确性还受到发电机参数和测量误差的很大影响，在实际实现时，还需要增加参数识别和偏差校准环节来增强系统抵抗参数变异和抗扰动时的鲁棒性，才能使控制系统达到较好的测控效果。为 发展基于状态观测仪的统计方法。位置测量者法采用了完备的电机数学建模（电气和机械方程），包含了已测的压力、电流变量以及未知的转动频率等位置变量。该位置估计方法具有动力学稳定性好、机械稳定性高等、数据鲁棒性强及适应范围广等优点，但不足之处是计算烦琐，且计算难度较大。

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述 随着工业自动化水平的不断提高，各种电机控制技术也在不断发展和完善。永磁同步 电机因其高效、高性能和高精度的特点，逐渐成为工业领域中的热门选择。永磁同步电机 控制中存在一个重要问题，就是需要通过位置传感器来获取转子位置信息，以实现精确的 控制。传统的位置传感器技术不仅成本高昂，而且在恶劣环境下易受到干扰，影响了系统 的稳定性和可靠性。研究和开发永磁同步电机无位置传感器控制技术，成为了当前研究的 热点之一。 本文将对永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究现状进行综述，探讨目前存在的 问题和挑战，同时对未来的发展方向和趋势进行展望。 1. 传统的位置传感器控制技术 传统的永磁同步电机控制技术大多采用位置传感器（如编码器、霍尔传感器等）来获 取转子位置信息，以实现闭环控制。这种方法能够实现较高的精度和稳定性，但在成本和 可靠性方面存在着一定的不足。安装传感器也会增加系统的体积和复杂度，增加了维护和 故障排除的难度。 为了解决传统位置传感器技术的问题，研究人员开始探索无位置传感器控制技术。这 种技术主要利用电机自身的参数模型和反电动势来实现转子位置的估计，从而实现闭环控制。目前，主要的无位置传感器控制技术包括基于模型的方法、基于反电动势的方法和基 于观测器的方法等。 基于模型的方法主要是通过建立电机的数学模型，并利用观测器或滑模控制器来估计 转子位置，然后实现闭环控制。该方法在理论上具有较高的精度和鲁棒性，但需要对电机 系统进行较为精确的建模，且对参数变化和干扰较为敏感。 二、存在的问题和挑战 尽管无位置传感器控制技术具有许多优点，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。无位置传感器控制技术对电机系统的参数变化和外部干扰比较敏感，因此需要设计更为复 杂的控制算法来提高系统的鲁棒性和稳定性。永磁同步电机在高速运转时，反电动势信号 的精度会受到影响，从而影响转子位置的估计精度。无位置传感器控制技术还需要考虑电 机系统的非线性特性和磁饱和效应等问题，以实现更为精确的控制。 三、未来的发展方向和趋势 针对以上问题和挑战，未来的研究将主要集中在以下几个方面：进一步深入研究永磁 同步电机的非线性特性和磁饱和效应，探索相应的控制策略和方法，以提高系统的控制精 度和稳定性。结合机器学习和人工智能等技术，开发智能化的无位置传感器控制系统，从

基于反电动势滑模观测器的永磁同步 电机无传感器控制

基于反电动势滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制 摘要：针对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）在中 低速运转时，由于其较低的基波信号的信噪比，依赖PMSM基波激励数学模型的 反电动势估算转子位置估算法失效的问题，提出了一种利用同步旋转坐标系下滑 模观测器（sliding mode observer，SMO）获得扩展反电动势控制方法。利用反馈 电流与给定电流之间的误差来设计SMO，重构PMSM的反电动势，再经过锁相环（phase locked loop，PLL），实现优良的实时跟踪和转子位置的估算。通过Simulink仿真，验证了使用SMO获得扩展反电动势的估算方法能够在PMSM中低速运转时准确的估算出转子的位置，并具有较好的实时性与鲁棒性。 关键词：永磁同步电机；无传感器；反电动势；滑模观测器 0 引言 目前以钕铁硼为永磁材料的第三代稀土PMSM有高功率密度、转矩惯量比大 和动态响应速度快等特点，不需要励磁绕组和直流励磁电源，而且通过坐标变换 理论以及矢量控制等方式，可以使PMSM具有类似直流电机的控制性能。因此在 农业、制造业、交通、军事等领域上有着广泛应用[1]。 本文提出了一种利用定子电流的实际值与给定值的误差构建SMO，获得更加 准确的扩展反电动势值的方法，提高了PMSM的调速范围，且具有良好的参数抗 扰动性能和鲁棒性，实现了中低速下的反电动势法PMSM控制。 1 PMSM的结构与数学模型 表贴式PMSM从结构而言这类PMSM的交、直轴磁阻相差很小，对应的交、 直轴电感差异也小，因此表贴式PMSM的永磁磁极容易达到最优化设计，让PMSM的气隙磁密波形接近正弦波分布，且易于控制[2]。为了简化分析，假设三 相PMSM为理想模型。 由于定子磁链是复杂的关于转子位置角θe和三相电流的函数，以其推导的电磁转矩表达式也会麻烦。为了方便后期的观测器设计，必须选择合适的坐标变换 对PMSM的数学模型进行降阶和解耦变换。 定义d轴与α轴夹角为θ，则有dq同步旋转坐标系下的PMSM的数学模型，其定子电压方程可以表示为[3]： 此时电磁转矩方程可写为： 当上式中id = 0时，可简化为。此时电磁转矩Te和定子的q轴电流iq成正比，只需对q轴电流进行控制便可控制PMSM的转矩。 2 基本原理 2.1 反电动势法基本原理 反电动势法是以电机基波模型为基础，通过研究电机电压模型或者磁链模型 的计算[4]，提取出包含有转子位置θ的量并进行相关计算的方法。 在电机模型已确认的情况下，我们可以提前计算或测量出电机的电阻与电感 参数。因此定义剥离了电机电阻及电感参数，但又含有转子位置信息的扩展反电 动势如下： 不难看出将上式上下相比消去系数，再对其值用反正切函数便可得出转子位置。为了提高传统反电动势法的调速范围和控制效果，引入了SMO获得扩展反

永磁同步电机无传感器控制及其启动策略

永磁同步电机无传感器控制及其启动策略 张耀中;黄进;康敏 【摘要】In order to realize sensorless vector control of permanent magnet synchronous motor, a novel method based on improved flux observer was adopted. A low-pass filter was used instead of a pure inte-grator, which reduced the errors caused by the initial value and DC offset. The magnitude and phase er-rors of the stator flux linkage introduced by the low-pass filters were compensated in the polar coordinate to make accurate estimation of speed and rotor position. In order to start motor successfully under the load conditions, a start-up method called I-f control was used, which can avoid the problem of overcurrent. A new switching strategy was also adopted. The given position was switched to the estimated according to weighting function. At the same time the given stator current was changed accordingly. It ensured that motors could switch from I-f control mode to vector control mode smoothly and reliably. The experimental results verify that the sensorless control system can work reliably and stably with smooth switching process and good control performance.%为了实现永磁同步电机的无速度传感器矢量控制，采用改进的磁链观测器法，用低通滤波环节代替纯积分环节，减小了初值误差及直流偏置误差，同时在极坐标系下对定子磁链幅值及相位进行补偿，实现转速和转子位置的准确估算。针对带载情况下无法自启动的问题，采用I-f控制自启动方法，避免了启动过程中出现过流情况。设计了一种新的切换方式，给定坐标角度按加权函数切换至位置观测值，同时相应改变定子电流给定值，保证电机平滑可靠地从I-f控制方式切

永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究

永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究 永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究 摘要： 永磁同步电机在工业应用中具有广泛的应用前景。然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来测量电机的电流，增加了系统的复杂性和成本。因此，研究无电流传感器技术对永磁同步电机控制系统的发展至关重要。本文通过分析智能控制算法、状态观测器以及PWM技术在永磁同步电机无电流传感器技术中的应用，总结了目前的研究进展，并对未来的研究方向进行展望。 1. 引言： 随着工业自动化的快速发展，永磁同步电机作为一种高效、高功率因数、高扭矩密度的电机，被广泛应用在机床、电动汽车等领域。然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用电流传感器来获得电机的电流信息，电流传感器不仅增加了系统的复杂性和成本，还限制了电机系统的可靠性和精度。因此，研究无电流传感器技术对于提高永磁同步电机控制系统的性能具有重要意义。 2. 永磁同步电机控制系统概述： 永磁同步电机是一种具有良好动态特性和高效率的电机，广泛应用于各种工业领域。在传统的永磁同步电机控制系统中，电流传感器被用于测量相电流，以实现电机的控制和保护。然而，电流传感器不仅增加了系统的成本和复杂性，而且存在传感器故障或失效的风险，降低了整个系统的可靠性。 3. 无电流传感器技术的研究方法： 目前，有许多无电流传感器技术被提出和研究，以解决永磁同

步电机控制系统中的电流传感器问题。其中，智能控制算法、状态观测器和PWM技术被广泛应用于无电流传感器技术的研究和实践中。 3.1 智能控制算法： 智能控制算法基于电机的数学模型和输出信息，通过推广输出模型和状态观测器的方法，实现电流信息的实时估计与测量。例如，模型参考自适应控制算法、滑模观测器的方法，可以用来估计永磁同步电机的电流信息。这些算法通过计算输出误差，并利用控制器对输出进行反馈调整，实现电流的准确测量和控制。 3.2 状态观测器： 状态观测器是一种基于电机模型和输出反馈的技术，通过观测输出和状态信息，实现电流测量。状态观测器通常由电机模型和输出模型组成，通过比较模型输出与实际输出之间的误差来实现电流的估计和测量。常用的状态观测器包括扩展卡尔曼滤波器（EKF）和无迹卡尔曼滤波器（UKF）。这些观测器通过对电机输出和状态信息的估计，实现对电流信息的准确测量和控制。 3.3 PWM技术： PWM（Pulse Width Modulation）技术是一种通过改变电机的 调节器开关周期和占空比来实现电流测量的技术。PWM技术通 过调整开关周期和占空比，使得电机的平均电流等于期望电流。该方法可以用来估计电机的电流信息，从而实现无电流传感器的电流测量和控制。 4. 研究进展和展望： 目前，针对永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究取得了一些进展，但还存在一些问题需要解决。首先，智能控制

内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究

内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究内置式永磁同步电机具有效率高、功率密度大、易于弱磁扩速等优势,已经广泛应用于工业、航天、交通和家用电器等诸多传动领域。无位置传感器(位置自检测)技术能够有效降低系统成本、提高系统可靠性;研究控制精度高、调速范围宽及鲁棒性强的高性能无位置传感器永磁同步电机控制系统具有重要意义。 目前,永磁同步电机无位置传感器控制技术全速度范围运行仍然存在如下核心技术难点:低速高频注入法滤波环节限制了系统动态性能;模型法中位置误差脉动问题;逆变器非线性问题导致转矩(电流)脉动;低载波比运行条件下控制器和位置观测器稳定性问题。对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行进一步深入研究,并突破上述核心技术难点,对拓宽永磁同步电机无位置传感器控制在工业控制中的应用场合具有重要意义。 适合永磁同步电机无位置传感器低速/零速运行的传统信号注入方法需采用滤波环节实现位置误差信号解耦和转速/位置信息跟踪。针对滤波环节引入导致系统带宽和动态性能降低,并且高阶滤波器的应用会占用较多系统资源等问题,在分析注入方波电压信号和高频响应电流时序基础上,研究一种无滤波器载波分离策略,同时调整转速观测值获取方式,进而提高系统动态带宽。 针对传统初始位置辨识技术收敛速度较慢,并且基于凸极跟踪的短脉冲电压注入法难于确定脉冲宽度和幅值、实现困难,二次谐波分量法信噪比低的缺点,在不中断方波注入基础上,基于磁饱和效应,通过施加方向相反的d轴电流偏置给定,比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识。所提出方法收敛速度较快,能够在永磁同步电机转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识。 针对逆变器非线性和磁场空间谐波引起定子电流及反电动势产生1±6k次

基于磁链观测的永磁同步电机无位置传感器控制

基于磁链观测的永磁同步电机无位置传感器控制 摘要：本文从同步旋转坐标系的电机模型出发，推导了永磁同步电机定子磁链 计算方法，应用一种速度自适应积分器，从理论上消除了积分器的直流偏置和初 始相位问题。搭建了基于磁链观测器的无位置传感器控制系统模型，分别对磁链 观测器的磁链观测、速度和转子位置估算、动态和负载突变过程进行仿真分析， 验证了该磁链观测器算法的可行性。搭建了基于RT-LAB的控制系统实验平台，分别对启动过程、磁链观测以及速度和位置估算进行了实验验证，验证了磁链观测 算法的正确性。仿真和实验结果表明：该磁链观测器能够快速、准确地跟随电机 转子的位置和速度，系统响应快、鲁棒性强。 关键字：永磁同步电机；磁链观测器；无位置传感器；RT-LAB 引言 永磁同步电机因其具备高效率、高精度、结构简单、转动惯量低等特点，近 年来在电动汽车、航空航天、工业自动控制领域获得了广泛应用。但是，电机机 械传感器限制了永磁同步电机在高性能场合的应用，因此永磁同步电机无位置传 感器控制技术成为研究重点。 电机无位置传感器控制系统是指利用电机绕组中的相关电信号，结合永磁同 步电机数学模型，应用合适算法来估算转子的位置和转速，从而代替机械传感器 来实现电机的控制。本文应用磁链观测器来估算PMSM速度和转子位置，同时采 用速度自适应环节来补偿纯积分环节的直流漂移和相位延迟，给出了基于磁链观 测器的PMSM无位置传感器矢量控制系统，分别对磁链观测器的磁链观测、速度 和转子位置估算、动态和负载突变过程进行仿真分析，验证了该磁链观测器的可 行性；搭建基于RT-LAB的PMSM无位置传感器控制系统的平台，分别对启动、 磁链观测、位置和转子速度估算进行了实验研究，验证了该磁链观测器的正确性。 1永磁同步电机磁链观测器 1.1磁链观测器 在同步旋转dq0坐标系下，PMSM数学模型的电压表达式为： 1.2转子位置估算误差的补偿 为了解决纯积分环节引入的问题，常用的方法是用一阶低通滤波器来替换纯积分环节。 一阶低通滤波器可以消除纯积分环节带来的直流漂移和积分初始相位误差，但同时它又会在 估算的磁链中引入幅值和相位误差，当电机运行在低通滤波器截止频率之下时，电机的控制 效果会更差。 本文应用了一种和纯积分环节等价的( )积分器，它应用了速度自适应环节来补偿纯积分 环节的直流漂移和相位延迟，使( )积分器和纯积分环节具有相同的幅频和相频特性。 磁链观测器的原理图如图1所示。 2.1 磁链观测器磁链观测仿真分析 本文采用的是带有自适应PI环节的磁链观测器来得到磁链，在仿真分析中，电机转速为2500r/min，估算的磁链矢量分量为正弦波，相位相差，磁链波形比较平滑，谐波分量少， 适合用来计算速度和角度。 2.2 估算的位置和速度仿真分析 在磁链的观测过程中，通过等效的低通滤波器得到磁链，因而根据滤波器得到的转子位 置和实际值有一定的误差，需要补偿误差，补偿后的位置和实际的位置基本重合，误差比较小。电机在额定转速2500r/min运行时，启动阶段电机转速低，电机反电势比较小，估算的

永磁同步电动机工作原理

永磁同步电动机工作原理 一、简介 永磁同步电动机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于磁场相互作用以实现机械能转换。本文将详细探讨永磁同步电动机的工作原理以及相关技术。 1.1 永磁同步电动机的定义 永磁同步电动机，简称PMSM（Permanent Magnet Synchronous Motor），是一种 将电能转换为机械能的设备。它与其他类型的电动机相比，具有高效率、高功率密度和低噪声等优点，因此被广泛应用于各个领域。 1.2 磁场相互作用的原理 永磁同步电动机利用磁场相互作用的原理进行工作。通过在电动机中引入磁场，可以实现电能向机械能的转化。 二、永磁同步电动机的工作原理 永磁同步电动机的工作原理可以分为以下几个方面进行探讨。 2.1 基本原理 永磁同步电动机的基本原理是利用定子和转子之间的磁场相互作用，实现电能向机械能的转化。其工作原理如下： 1. 定子：定子是由三个相互独立的线圈组成，分别称为A相、B相和C相。每个线圈中通过电流，生成相应的磁场。 2. 转子：转 子上有一组恒定的永磁体，能够产生固定的磁场。当转子与定子的磁场相互作用时，将产生转矩，驱动电动机旋转。 2.2 磁场同步 永磁同步电动机的磁场同步是指定子磁场与转子磁场的同步运动。在永磁同步电动机中，通过控制定子线圈的电流，使得定子磁场与转子磁场保持同步，从而实现高效率的转换。

2.3 传感器与无传感器控制 永磁同步电动机的控制方式有两种：传感器控制和无传感器控制。 1. 传感器控制：传感器控制是指通过安装角度传感器来反馈电动机的转子位置，从而实现对电动机的控制。传感器控制具有高精度的优点，但需要额外的硬件成本。 2. 无传感器控制：无传感器控制是一种通过估算电动机转子位置的方法进行控制。它是基于电动机本身的响应特性，通过电流和电压等参数的计算，估算电动机转子位置。无传感器控制降低了硬件成本，但精度较传感器控制有所降低。 2.4 磁场定向控制（FOC） 磁场定向控制是一种常见的永磁同步电动机控制策略，它通过控制定子线圈的电流，使得定子磁场与转子磁场保持同步，并使定子磁场沿着转子磁场旋转的方向变化。磁场定向控制能够提高电动机的效率和性能。 三、总结 本文详细介绍了永磁同步电动机的工作原理。通过磁场相互作用，永磁同步电动机能够将电能转换为机械能。在工作过程中，需要保持定子磁场与转子磁场的同步，并通过磁场定向控制来实现高效率的转换。同时，传感器控制和无传感器控制是常见的电动机控制策略。永磁同步电动机作为一种高效、高功率密度的电动机，在各个领域得到广泛应用。

永磁同步电机无传感器控制技术

哈尔滨工业大学，电气工程系 Department of Electrical Engineering Harbin Institute of Technology 电力电子与电力传动专题课 报告 报告题目:永磁同步电机无传感器控制技术 哈尔滨工业大学 电气工程系 姓名：沈召源 学号：14S006040 2016年1月

目录 1.1 研究背景 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 系统模型 (2) 1.4 控制方法设计 (4) 1.5 系统仿真 (7) 1.6 结论 (8) 参考文献 (8)

1.1 研究背景 永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统使用范围。永磁同步电机控制系统大多采用测速发电机或光电码盘等传感器检测速度和位置的反馈量，这不但提高了驱动装置的造价，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易于受环境干扰、可靠性降低。由于永磁同步电机无传感器控制系统具有控制精度高、安装、维护方便、可靠性强等一系列优点，成为近年来研究的一个热点。 1.2 国内外研究现状 无传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用电机绕组中的有关电信号，通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中提取出与速度、位置有关的量，利用这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和转速，取代机械传感器，实现电机闭环控制。 最早出现的无机械传感器控制方法可统称为波形检测法。由于同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转角。目前适合永磁同步电机的最主要的无速度传感器的控制策略主要有以下几种 (1)利用定子端电压和电流直接计算出θ和ω。该方法的基本思想是基于场旋转理论，即在电机稳态运行时，定子磁链和转子磁链同步旋转，且两磁链之间的夹角相差一个功角δ，该方法适用于凸极式和表面式永磁同步电机。该方法计算方法简单，动态响应快，但对电机参数的准确性要求比较高，应用这种方法时需要结合电机参数的在线辨识。 (2)模型参考自适应(MRAS)方法。该方法的主要思想是先假设转子所在位置，利用电机模型计算出该假设位置电机的电压和电流值，并通过与实测的电压、电流比较得出两者的差值，该差值正比于假设位置与实际位置之间的角度差。当该值减小为零时，则可认为此时假设位置为真实位置。采用这种方法，位置精度与模型的选取有关。该方法应用于PMSM时有一些新的需要解决的问题。 (3)观测器基础上的估计方法。观测器的实质是状态重构，其原理是重新构造一个系统，利用原系统中可直接测量的变量，如输出矢量和输入矢量作为它的输入信号，并使输出信号在一定条件下等价于原系统的状态。目前主要存在的观测器:全阶状态观测器、降阶状态观测器、推广卡尔曼滤波和滑模观测器。其中滑模观测器有很好的鲁棒性，但其在本质上是不连续的开关控制，因此会引起系统发生抖动，这对于矢量控制在低速下运行是有害的，将会引起较大的转矩脉动。扩展卡尔曼滤波器提供了一种迭代形式的非线性估计方法，避免了对测量的微分

2016新编基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制

此主题相关图片如下： 式中：为静止d-q坐标系中注入高频载波电压，为载波电压矢量幅值。 SPWM电压源型逆变器供电拖动系统中，可以逆变器将高频载波信号直接加电机基波励磁上，如图1所示。此时，电机端电压为 此主题相关图片如下： 式中：为基波电压矢量幅值。 此主题相关图片如下： 图1 电流型PWM电压源逆变器高频信号注入法原理图 高频载波信号频率一般取1kHZ左右，远远高于基波频率，载波电压信号励磁时，电机阻抗主要取决于电机自感，此时电机模型可以简化为 此主题相关图片如下： 电机每一个极距范围内只呈现出一个空间凸极，那么以基波频率同步旋转d-q坐标系中，电机定子电感可以表示为 此主题相关图片如下： 静止d-q坐标系中，上式可以进一步转化为

此主题相关图片如下： 式中：为定子平均电感，为定子微分电感，为以电角度表示凸极位置。 载波电压矢量作用有凸极效应电机中，产生出载波电流矢量包含有正相序和负相序两个分量，即 此主题相关图片如下： 式中载波电流正、负相序分量幅值分别为： 此主题相关图片如下： 其中，正相序分量不包含位置信息，其幅值与平均电感成正比；负相序分量包含位置信息，其幅值与微分电感成正比。 提取载波电流负相序分量相角中包含凸极位置信息，必须滤除基波电流和载波电流正相序分量。基波电流与载波电流频率相差较大，可简单采用带通滤波器滤除。载波电流正相序分量与负相序分量旋转方向相反，可以先将载波信号电流转换到与载波信号电压同步旋转参考坐标系中，使载波电流正相序分量呈现成直流，再利用高通滤波器将其滤除。这种同步高通滤波器框图如下列图所示： 此主题相关图片如下： 图2 同步高通滤波器 滤除定子电流基波分量和正相序载波电流分量后，可利用转子位置跟踪观测器实现转子空间位置自检测。跟踪观测器采用外差法，单位幅值载波电路负相序分量与实际载波电流负相序分量矢量叉乘获转子位置误差信号。即 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下：

永磁同步电机无位置传感器控制系统研究的开题报告

永磁同步电机无位置传感器控制系统研究的开题报 告 一、选题背景及研究意义 永磁同步电机因其具有高效、高功率密度等优势，被广泛应用于工业、航空航天以及电动汽车等领域。然而，传统的永磁同步电机控制方 法需要使用位置传感器来获取转子位置和速度信息，且存在成本高、故 障率高等问题。因此，基于无位置传感器的永磁同步电机控制系统成为 当前研究的热点之一，该研究对于提高永磁同步电机控制系统的可靠性、降低成本具有重要的意义。 二、研究内容及方法 本研究旨在研究永磁同步电机无位置传感器控制系统，主要包括以 下内容： 1. 永磁同步电机无位置传感器控制系统的工作原理及方法研究； 2. 基于模型预测控制（MPC）的无位置传感器永磁同步电机控制系 统设计研究； 3. 基于模糊控制的无位置传感器永磁同步电机控制系统设计研究； 4. 硬件实现与实验验证。 研究方法包括文献资料收集、数学模型建立、算法设计、仿真实验 与硬件实现等。 三、研究预期成果 通过本研究，预期可以得出以下成果： 1. 提出一种无位置传感器的永磁同步电机控制方法，可以实现高精度、高效率的控制。

2. 设计基于模型预测控制或模糊控制的永磁同步电机控制系统，实 现无位置传感器控制。 3. 验证系统的控制效果，包括速度响应、转矩响应等指标。 4. 最终实现硬件化，进一步验证算法的有效性和可行性。 四、存在的问题和解决方案 永磁同步电机无位置传感器控制系统研究面临如下问题： 1. 如何准确预测转子位置和速度？ 解决方案：利用磁链观测方法、高通滤波等方法准确预测转子位置 和速度。 2. 如何设计合适的控制策略？ 解决方案：基于模型预测控制、模糊控制等算法设计合适的控制策略。 3. 如何验证算法的有效性和可行性？ 解决方案：通过数学建模、仿真实验、实际硬件实现等方式验证算 法的有效性和可行性。 五、研究进度安排 第一阶段（1月-3月）：文献调研和理论研究，包括永磁同步电机 无位置传感器控制原理研究和模型预测控制、模糊控制等算法的学习和 研究。 第二阶段（4月-6月）：系统设计和仿真实验，包括设计无位置传 感器永磁同步电机控制系统，进行仿真实验，优化控制算法等方面的研 究工作。 第三阶段（7月-9月）：硬件实现和实验验证，包括电路设计实现、性能测试、实际应用验证等方面的工作。