永磁同步电机全速域无位置传感的闭环控制技术

永磁同步电机全速域无位置传感的闭环

控制技术

044500

摘要：永磁同步电机无位置传感器算法在零低速、中高速两种状态表现不一，现有获取转速信号的方法主要有三种:基于电机基波数学模型直接计算转速(开环

直接计算)，中高速效果较好而低速表现欠佳;基于闭环控制作用构造转速信号法，滑模控制、卡尔曼滤波器、全维状态观测器等均属此类，低速带载同样存在一定

问题;基于电机本体结构、电机高频数学模型提取转速，如高频注入，低速表现

较好而高速仍需改进，因此在全速域适用仍需新的解决方案。

关键词：永磁同步电机；全速域闭环控制；无传感

引言

目前通用电控行业的无传感器控制系统一般要求至少1∶20的调速范围(5%

的额定转速下输出额定力矩)、强大的过载能力(至少150%过载)、良好的节能效果、较低的售后成本等，这些对系统的低速带载特性、鲁棒性、对复杂工况的适

应能力提出了较高要求。本文利用PI控制器基于电机电流模型构造了全速域闭

环调速系统，在分析估算旋转坐标系的前提下，直接基于电机实际电流与电机模

型电流之差，动态地对转速进行补偿和校正，再通过积分计算得到电机转速，进

而确定转子位置。算法带有低速区闭环控制，且由于全速域都使用电流闭环，对

于负载转矩突变等特殊工况也有快速响应能力。为验证有效性，对算法进行了仿

真和实验，结果均表明该算法在全速域均有优良表现。

一、基于变论域模糊PI的永磁同步电机无传感控制

永磁同步电机(PMSM)的矢量控制必须用于获得电机的转子位置和转速信息，

因此机械传感器可以产生反馈信号而无需传感器控制技术。不同的测量方法是根

据低速和高位两种额定转速指定的。低速指的是额定转速10%。平均速度是指额定速度的50%以上。PMSM对高速非感官控制的研究要成熟得多，主要包括模型参考调整、观测方法等。主要原因是在低速控制中使用电机动作步骤进行估计，但在低速阶段很难察觉。低速阶段主要采用无感觉控制的PMSM高频注入方法，主要是振动和旋转影响，但这些方法不仅需要通过滤波器过滤基本信号，还需要过滤包含转子位置信息的信号。过滤器还可以限制在系统中传递信号，并且设施是在两个方向上定义的，以减少一个不同的旋转位置:一种具有不同电机参数的预防算法优化算法，可以通过预测算法进行优化。该方法一般由各种电机的参数优化，但不能用于不同的电机。发动机控制方法的优化主要依赖PMSM闭环矢量控制。它是2个闭环控制、1个转速控制、1个电流控制通过PI控制器连接。PI控制器控制容易理解，但普通PI控制器不会减少高频影响造成的延迟，影响电机转速过程。使用滞后控制器代替电流环PI控制器，系统的残馀部分会得到部分补偿，但会影响链的形状，因此会产生不必要的影响。系统时间由当前控制的PI 控制器程序优化，因此不同电机的电机参数无法进行程序控制。

二、基于协同观测器的永磁同步电机无传感控制

无传感器控制技术的永磁同步电机(PMSM)用于确定电机绕组中的电气信号，采用反电机状态的电机旋转位置和转速用于电机上的一种模型方法，该模型参考了一种自适应和牵引观测器具有抗干扰性、杆的粗糙度、不敏感参数变化和外部干扰等优点，用于大多数非感官PMSM控制中。但是，传统滑块存在明显的振动问题。以sigmaid为切换功能的高通平滑观测模式会产生用于模糊控制的软控制信号，从而减少抖动。一种基于超几何近似的滑块观测，通过选择合适的指数近似值可以减小振动。基于传统的指数逼近法，开发了可调整系统状态的滑块，从而显著降低抖动并提高系统稳定性。设计一种扩展滑角观测模式，将扩展的抗静电估计返回给特定的电观测通道，并通过使用SAT函数而不是传统的信号函数来改善振动。创建一个将PMSM分散数学模型与电流偏差函数的关系相结合的观测系统，并添加角补偿以提高观测精度。您可以通过变更马达惯性矩参数来加入扰动。仿真确保了系统的准确估计。

三、基于扩张状态观测器的无传感永磁同步电机研究

永磁同步电机(PMSM)应用于许多领域，对于结构简单、功率密度高、控制性

能低、噪音低、寿命长的机械、机器人、空气和航天器，PMSM通常由矢量控制方

式控制，在矢量控制中，恒定电流使用坐标变换技术分为具体的扭矩分量(q轴电

流值)和规定的磁分量(d轴电流值)。由于转子磁链的值保持不变，因此系统必须

确定转子磁链的位置，以允许耦合控制，只要子轴的电力分量方向与转子磁链的

方向一致。传统的方法是通过机械装配的电机转向轴位置传感器获取转子位置信息。这样增加电机轴上的转动惯量，增加电机的空间和体积，并消除系统对于无

传感器PMSM矢量控制，国内外研究人员根据不同观测模型的闭环算法开发了不

同的解决方案。一种高通滑动观测模式，添加饱和函数，通过高频切换降低振动。采用滑移观测方法，利用低通滤波器提取电感电信号，导致对原有信号的协整值

和相位发生变化。采用新的瓶牵引电动机对抗电动力学进行了估计，对估计的电

感电脉冲进行了滤波，在滤波后平衡了估计的角度延迟，并相应地处理了振动问题，从而使PMSM稳定器能够投入运行。在启动阶段使用退化观测程序是一个更

有用的功能，因为循环控制用于低速和高速过渡，并应用观测函数观察旋转速度。第一线性状态观测器具有收敛缓慢、动态响应和抗干扰性等功能，可将PMSM的

电阻率扩展到新状态，研制第二状态传感器，提高观测精度和电阻率，并允许高

级状态观测器控制非传感器PMSM。但高级状态观测器是线性状态观测器，需要较

高的增益。对于PMSM定位传感器的d轴、q轴电流值，利用膨胀状态观测台观测

整体扰动，计算并综合了故障前反馈，提高了PMSM控制的精度。

四、内嵌式永磁同步电机无传感增强型直接磁链控制

磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)是通用的电机控制方法。FOC技术

具有优异的转矩和磁链控制精度，但在耐受性和减少静态误差方面存在不足。DTC技术随着系统复杂、电机参数无灵敏度和系统规律静止而降低，驱动随高电

机运行转矩点增大，低速不合适。从而结合FOC和DTC提出了直接矢量控制(DFVC)，提供了磁链观测的精确优势，但也存在电机参数问题。新的增强型EDFC

控制体系结构作为磁链和转矩控制，采用了改进的、基于前景补偿和电压/电流

混合链模型的反馈环磁链观测器，与传统的链观测相比，解决了部分链值的直流

位移，没有幅值和相位误差，具有较好的光滑度。改进的高级链观测器，具有电

压和电流ix链模型，结合了高速、高性能和较高性能，速度较低。观测磁链的

两种方法可以结合使用，也可以简化数据处理以简化或扩散系统。

结束语

本文提出了一种面向通用电控行业应用的无位置传感器算法，通过理论仿真

实验研究，结论如下:(1)该改进型电流模型自适应算法使用了电流作为控制量，

拥有霍尔传感器作为精度极高可靠性强的电流检测手段，避免了逆变器电压损失、电阻压降等系统固有因素对控制算法精度的影响，因而具有良好的鲁棒性和抗负

载扰动能力。(2)新型算法计算简单，实用性较强，降低了微控制器资源占用，

动态性能优良。(3)算法在电机起动时无须非常精确的转子初始位置检测手段，

进一步简化了代码和控制器设计，降低系统成本和故障发生概率。

参考文献

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浅谈永磁同步电机伺服控制系统

浅谈永磁同步电机伺服控制系统摘要： 伺服控制系统在工业领域的各个方向都具有十分广阔的应用空间，如自动适 应控制、模糊控制及鲁棒制止等。本文主要阐述了永磁同步电机伺服系统的应用 现状，将其分为控制闭环调节器、控制电机自身与模糊控制等三个方面。通过分 析控制方案特点与研究结果，可以推动伺服控制技术的未来发展。 关键词：永磁同步电机伺服系统；发展现状；工作原理； 交流伺服技术是各种先进设备的重要组成部分，进步空间较大。相比于传统 的绕线式感应设备，永磁同步电机的具有简便性特征，机械结构相对简单，功率 损耗较小，反应速度较快，整体功能的稳定性较强，应用空间较为广泛，且具有 相对较强的精确性。 一、永磁同步伺服控制系统分析 （一）伺服系统概述分析 伺服系统是指被控制对象根据目标信息执行的动作或者指令组成的体系。伺 服系统需要严格执行相关命令，实现信号转换与信号控制功能，建立拥有信号反 馈的闭环控制机制。伺服系统主要包括伺服电机、机械运动系统、速度检测装置、数字控制器、电源、接口及保护体系等部分组成。 （二）伺服控制系统设计分析 永磁同步电机具有非线性、强耦合性特点，比较容易达成PID控制从程序， 难以实时在线调整系统的相关参数信息。若使用场合对系统的速度及精确程度要 求较高，需要使用PID控制器获得理想的控制效果。在电机伺服控制系统中，电 机的方位及速度信息都来自于光栅编码器，需要根据位置调节器控制电机的具体

方位信息。需要根据位置环的输出实现给定速度环，运用电机进行电流转换，有 效控制两个不同的直轴分量。 二、永磁同步电机控制策略发展现状分析 首先，永磁同步电机的发展速度较快，具有敏感的感应组织和磁能积组织， 能够在电机中发挥重要作用。由于电机中含有较为特殊的原料，对于气温变化较 为敏感，容易生锈，需要对其进行二次管理，确保电机功能的连续性与可靠性。 大多数永磁原料的温度可以达到两百度以上，能够满足社会发展的最基本要求。 其次，电机本身属于电力电子技术，能够帮助完成强弱电之间的转换任务， 是功能切换的重要纽带。交流伺服机制中包括控制压频、控制磁场定向问题、控 制解耦问题及控制直接转矩问题等。 再次，相比于传统的电机，永磁同步电机的结构更为简单，但仍然有一些设 计缺陷。因此，需要得到更好的调节器控制功能，增强交流伺服系统的功能性， 实现有效控制目标。 另外，为了增强控制效果，需要使得交流伺服系统运用在闭环控制体系中， 获取电机运动速度、转子位置信息等。常见方法有安装检测速度传感器装置及光 电编码器装置等。直接安装传感器将会引发较大麻烦，如伺服产品成本增加等。 由于同心度不同，将会导致转子的地位发生改变，连接线缆的数量增加，导致整 个体系都处于易受干扰状态，降低了整个体系的稳定性。同时，电机面积增加将 会受到运动、潮湿及温度等多种因素的影响。为了克服此类缺陷，需要探索无位 置及速度传感器伺服体系。通常情况下，无速度传感器控制方案主要有三种类型，分别是根据观测器模拟的闭环运算过程、根据电动机理想特征的计算过程、根据 永磁同步电机的数值模拟计算过程等。 最后，模拟控制对象具有多样性，如群体或个体、清晰或模糊、单个或多个、快速或落后的对象等。为了准确建造数学模型，需要使用模拟控制方案。控制对 象的难度较高，范围逐渐扩大，使用原有的控制机制难以满足当前的要求，需要 使用模糊控制机制，顺应当前电机伺服系统的成长趋势。模糊控制体系需要模拟 人类的思维模式，使用模糊规则控制方案，根据现场操作人员的经验及知识，使

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

表贴式永磁同步电机全速度范围无传感器控制

表贴式永磁同步电机全速度范围无传感 器控制 摘要：在永磁电机控制系统中编码器等位置传感器的使用增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性和适应性，因而无位置传感器控制方法被提出并得到了广泛的研究。现有的永磁同步电机无传感器控制方法主要进行零低速或中高速条件下转速的估计，缺少零低速向中高速平滑切换的方法研究，存在着适用转速范围有限等问题。利用脉振高频电压信号注入法进行零低速时转子的位置估计，利用模型参考自适应法进行中高速时的转速估计,从而实现表贴式永磁同步电机全速度范围的无传感器控制。对于某一表贴式永磁电机，应用Matlab/Simulink进行了永磁电机无传感器控制系统的仿真分析，仿真结果验证了所提出方法的有效性。 关键词：永磁同步电机;无位置传感器控制;全速度范围; 引言：永磁同步电机具有功率密度高、效率高、结构简单、可靠性高、功率因数高等优点,在工业、农业、水利、航空航天等领域具有广泛应用,可用作驱动电机、发电机、励磁机等。随着几年来稀土永磁材料的不断发展,永磁材料的剩磁、磁能积等性能不断提升,高性能稀土永磁材料提升永磁电机性能。对于部分应用场合的永磁同步电机,例如矿井，油田等精度要求很低的场合，可以使用无传感的方案，提高设备运行的安全性，同时降低了成本。 1基于高频注入法低速段的SPMSM无感控制方案 1. 如下图一所示：

图一 图中d、q轴系是电机的实际磁场定向坐标系，即d轴与永磁体W f 一致，为转子位置角。和是转子位置估计坐标。与dq坐标的位置偏差为γ。 这里，假定 r 是已知的，而是未知的待估转子位置。现在在轴上注入如下的高频脉动电压信号，即在和轴系的坐标中，它产生的矢量为： 式中w c 为电压交变频率，u c 为电压幅值，脉动电压在轴上，若将上式变换 到dq坐标轴系，则应有： 如果 r =则表明脉动电压矢量u c 直接作用在d轴上，在这种情况下，产 生的交变磁场沿着d轴与励磁磁场W f 叠加在一起。随之，这会改变励磁磁路的饱和程度，使励磁磁路具有凸极性，它会对产生调制作用。显然，当偏离励磁磁极轴线时，这种调制作用会随之发生变化，这种变化也会反映在高频电流响应中，因此这个电流响应中便会载有转子位置估计误差的信息。为了获得这个高频电流响应，可利用坐标电压矢量方程：

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。

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

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

永磁同步电机的控制原理介绍

一、电机分类 二、永磁同步电机的分类 三、PMSM的运行原理 四、坐标变换 五、PMSM的数学模型 六、伺服系统软件设计 七、SVPWM原理及实现方法 一、电机分类： 1、按作用分：电动机和发电机。电动机将电能转化为机械能；发电机将其他形式的能 量转化为电能。 2、按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其 中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 3、按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和 同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 4、按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机 又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 二、永磁同步电机的分类： 永磁同步电机由于具有以下优点而得到了广泛的应用： 1）功率密度大（同等功率，特性体积小） 2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转子磁场提供） 3）效率高（不需要励磁绕组，绕组损耗小） 4）结构紧凑、体积小、重量轻、维护简单。

永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究

永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究 永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究 摘要：永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种广泛应用于工业自动化系统中的高效率电机。传统的PMSM控制策略通常依赖于位置传感器来实时获取转子位置信息，从而确定电机控制策略。然而，位置传感器的安装和维护成本相对较高，且存在可靠性问题。因此，发展一种全速度范围无位置传感器控制策略对于提高PMSM的可靠性和经济性具有重要意义。本文针对这一问题进行了研究，提出了一种基于直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）的无位置传感器控制策略，并进行了仿真验证。 第一章引言 随着电力电子技术的不断发展，PMSM在工业自动化领域得到了广泛的应用。PMSM具有高效率、高功率密度、快速响应和良好的控制性能等特点，因此在很多应用中取代了传统的电动机。现有的PMSM控制策略主要依赖于位置传感器来实时获取转子位置信息，从而确定电机控制策略。然而，位置传感器的安装和维护成本较高，且存在可靠性问题。 第二章无位置传感器控制策略 2.1 直接转矩控制 DTC是一种无位置传感器控制策略，广泛应用于PMSM的控制中。DTC通过实时估算转子位置和电流信息，快速响应电机的变化需求，并实时调整电机控制策略。该方法实现了对PMSM全速度范围的高精度控制，提高了电机的动态性能和响应速度。 2.2 转矩估算方法

在DTC中，转矩估算方法起着至关重要的作用。通过准确估算转矩值，可以实现电机的高精度控制。常用的转矩估算方法包括模型参考自适应系统、滑模观测器等。这些方法通过分析电机的模型和参数，估算出转矩的大小，并实时调整电机的控制策略。 第三章仿真验证 为了验证所提出的无位置传感器控制策略的有效性和性能，本文进行了仿真实验。通过Matlab/Simulink软件建立了PMSM的仿真模型，设置了转矩和速度的变化需求，并采用DTC 方法进行控制。 仿真结果表明，所提出的无位置传感器控制策略能够实时响应电机的变化需求，保持较高的控制精度。在高速和低速运行条件下，电机都能够稳定运行，并满足控制要求。 第四章结论 本文针对PMSM全速度范围无位置传感器控制的需求，提 出了一种基于DTC的控制策略，并进行了仿真验证。根据仿真结果，所提出的控制策略能够实现对PMSM的高精度控制，提 高了电机的动态性能和响应速度。未来的研究可进一步优化控制策略，提高无位置传感器控制的可靠性和鲁棒性。 本文提出了一种基于DTC的无位置传感器控制策略，在仿真实验中对PMSM进行了验证。结果显示，该控制策略能够实 时响应电机的变化需求，保持较高的控制精度。无论在高速还是低速运行条件下，电机都能够稳定运行，并满足控制要求。因此，该控制策略能够显著提高PMSM的动态性能和响应速度。未来的研究可以进一步优化控制策略，提高无位置传感器控制的可靠性和鲁棒性

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。

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

永磁同步电机闭环控制的传递函数

永磁同步电机闭环控制的传递函数 一、永磁同步电机简介 永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种采用永磁材料作为磁场源的同步电机。它具有高效率、高功密、高扭矩质量比、低噪音等优点，广泛应用于航空航天、电动汽车、工业自动化等领域。 永磁同步电机的工作原理是利用永磁体产生的磁场与电枢绕组产生的电流相互作用，从而实现电机的旋转。其基本结构包括定子、转子、永磁体和电枢绕组。 二、闭环控制概述 闭环控制是一种通过对系统输出进行反馈调节，使得系统输出达到预期目标的过程。在永磁同步电机控制中，闭环控制主要包括速度环和电流环。通过这两个环节的协同作用，实现对电机转速和转矩的精确控制。 三、传递函数介绍 传递函数是描述系统输入与输出之间关系的数学表达式。在永磁同步电机闭环控制中，传递函数主要用于分析电机的动态性能和稳定性。通过推导永磁同步电机的传递函数，可以更好地理解电机的控制原理和参数调节方法。 四、永磁同步电机闭环控制的应用 1.转速闭环控制：通过检测电机转速与给定转速之间的偏差，调节电机电流和电压，实现对转速的精确控制。这种控制方式具有响应快、抗干扰能力强等优点。

2.位置闭环控制：在转速闭环控制的基础上，增加一个位置环。通过检测电机实际位置与目标位置之间的偏差，调节电机转速和电流，实现对电机位置的精确控制。这种控制方式具有定位准确、跟随性能好等优点。 3.无传感器闭环控制：通过采用先进的算法和信号处理技术，实现对电机转速和位置的无传感器检测。这种控制方式避免了传统传感器带来的信号干扰和漂移问题，提高了系统的可靠性和稳定性。 五、闭环控制技术的优势和挑战 1.优势：闭环控制技术具有响应快、精度高、抗干扰能力强等优点，有助于提高电机的性能和可靠性。 2.挑战：闭环控制技术对系统的建模和参数调节要求较高，同时对传感器的精度和稳定性有较高要求。在实际应用中，需要不断优化控制算法和调节参数，以实现高性能的控制效果。 六、未来发展趋势和展望 1.智能化：随着人工智能和大数据技术的发展，未来永磁同步电机闭环控制将实现更高程度的智能化，提高系统的自适应性和鲁棒性。 2.高效率和低能耗：随着永磁材料和技术的研究深入，未来永磁同步电机将实现更高效率和更低能耗，满足节能减排的需求。