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：

式中

由（3），（4）和（5）式推得：

式（6）表明载波电流的幅值与脉动电压大小和频率的高低有关，还直接与位置估计误差有关，当使（6）式中的虚部趋近零，交轴电流逐渐变小，由交轴电流产生的谐波转矩的扰动作用逐渐消失。

将转换到三相静止ABC坐标:

为了能够提取位置误差信息，需要对载波电流进行解调，将式（7）乘以最终得到

显然，式（9)所表达的电流分量是高频分量，可以通过LPF将其滤除，进一步将式（8）改写为：

取式(10)中的实部得：

在很小时，有：

（2）转子磁极方向判识。分别向估计出的转子位置角

r 和

r

+π注入幅值相

等宽度相同的两个电压矢量，通过比较d*轴响应电流的大小，判断转子N极方向。

如图二所示，向估计出的转子位置角

r 和

r

+π注入幅值相等宽度相同的两个电

压矢量U和-U,电压矢量的电流响应分别id1*和id2*，由于定子磁路饱和凸极效应的影响，当估计的转子位置角

r

为实际的转子位置角一致时，id1*>id2*,电流

响应如图中虚线；当估计的转子位置角

r

与实际的转子位置角相反时，即实际的

转子位置角为

r

+π时，id1*

图二

2基于MRAS的中高速无传感控制

在前面的使用高频输入法的过程可以看到，在电机的电枢注入高频信号，这在电机工作在中高转速时，影响驱动器的电压利用率，为此在中高速时必须采用别的方法来实现，以克服这个问题。SPMSM在转子同步旋转dq坐标系上的电流方程如式(13)所示

其中， ,分别为定子电压的dq轴分量，L和R分别是定子电感和定子电阻，为转子电角度转速，为转子磁通。将式(13)改写成矩阵形式如式(14)所示

其中： ,，，

由式(14)可知，该式以电机转速为自变量，可以作为MRAS的可调模型。以电动机本体作为参考模型，为系统提供dq轴电流的参考值 ,。将式(14)写成状态空间表达式，即式(15)所示

其中：

，， ,

将式(15)改写成估计值的形式则有：

定义广义误差将式(16)减去式(15) ，可得

根据波波夫超稳定性定理，可以得到MRAS的参数自适应率，速度估计算法如式(18)所示

式中，从可调模型里获得， ,从参考模型中获得。对式(18)进行积分，

便可以求出转子位置的估计值，即式(19)

3仿真与实验

实验的硬件平台如图三所示。物理实验平台由电机部分和控制器两部分组成。采用了一台额定功率为2.2kW的三相永磁同步电机作为负载电机，该负载电机由变频器施加转矩控制以提供测试所需要的恒定负载转矩，并令其直接与待测试的SPMSM通过轴套连接并实现对拖。在实验测试过程中，为选用的待测试永磁同步电机同时配备了2500线增量式编码器以提供电机实际转子位置的反馈。

图三

结论：

可以看到，估算转速与实际转速的均值相等，估算转子位置与实际转子位置之间有接近±10°的最大误差值。可以达到较高的控制要求。

参考文献：

[1]孔晓光. 王凤翔. 徐云龙. 等．高速永磁电机铁耗的分析和计算[J]．电机与控制学报，2010,14(9):26-30.

[2]唐其鹏．永磁同步电机中低速无位置传感器控制技术研究[D]．武汉：华中科技大学，2018.

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。

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

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

基于MRAS的永磁同步电机无传感器控制系统研究

基于MRAS的永磁同步电机无传感器控制系统研究 基于MRAS的永磁同步电机无传感器控制系统研究 【摘要】永磁同步电机的有效控制需要可靠的转子位置信息。为了解决使用机械传感器的缺点，估算转子位置的无传感器技术已经成为近年来的研究热点。本文研究了基于矢量控制的无传感器控制技术原理和永磁同步电机的数学模型。对无传感器控制方法估计转子速度和位置电机参考自适应系统进行了研究。以永磁同步电机为研究对象，使用MATLAB/SIMULINK进行建模与仿真对系统进行研究。 【关键词】MRAS 永磁同步电机MATLAB仿真 1 引言 近几年，国内外的研究将永磁同步电机无速度传感器控制方法分为三种。首先是基于电机理想模型的开环计算方法；其次是基于各种观测器模型的闭环算法；最后是以高频注入法为典型代表的基于电机非理想特性的算法。这些方法各有优缺点，适用的场合不同。目前理论研究热点主要集中在第二种。状态观测器法的实质是状态重构，这种方法具有稳定性好、鲁棒性强、适用面广的特点。本文采用了基于参考自适应理论构造的永磁同步电动机无速度观测器根底上，运用滑模变结构控制理论设计了系统总体控制方案，论证出模型参考自适应滑模控制具有快速的响应和较强的鲁棒性。对永磁同步电动机无传感器控制的主要思想是提取可测量的物理量，然后再利用这些物理量通过适当的方式来估算转子的速度和位置，以实现电动机的闭环控制。 2 系统模型建立 为了建立永磁同步电动机的数学模型，首先进行一下假设：三相绕组完全对称；忽略了齿轮摩擦；不包括核心损耗。根据上面的假设，建立了永磁同步电动机的数学模型的d、q轴旋转坐标系方程如下： 从方程，可以知道控制永磁同步电动机的电磁转矩的控制从根本上取决于定制电流在d、q 轴的分量。磁场定向控制采用基于id=0，不仅由于其易执行性，与此同时，这种控制方法可以有效地抑制由电枢反响引起的退磁，并减少铜耗。对于永磁同步电动机控制，定子电流是独立于转子磁通的，并且系统简单具有良好的转矩不变性能。由于id=0，磁转转矩与正交电流iq是成线性关系的，永磁同步电动机可以看做直流电机。在SPMSM中，Ld=Lq=L，因此方程和可以写成 建立了磁场定向控制dq坐标系下。估计速度与给定素的相比，和差值通过PI控制器，然后可以计算出给定电流的转矩分量iq。通过调整转矩电流分量的误差PI控制器可以得出转矩电压uq。经过坐标变换后，电压信号SVPWM生成PWM控制信号，并驱动逆变桥。因此，双闭环矢量控制系统得以实现。 3 模型参考自适应系统方法 模型参考自适应控制系统的工作过程可以看成是参考模型与可调模型之间误差的调整过程。参考模型方程如下： 4 仿真模型及结果 图1为基于MRAS方法永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。

表贴式永磁同步电机

表贴式永磁同步电机 表贴式永磁同步电机是一种具有良好的动态响应性能、高制动转矩和较大负载能力的直流伺服电机。它可用于航空航天、舰船、汽车、仪器、机械等领域，是驱动技术发展的重要技术。 表贴式永磁同步电机相比于其他电机结构，具有更简单的结构和更高的功率密度，可以提高电机的效率，并且有一定的抗电磁干扰能力，使驱动过程更加稳定。 表贴式永磁同步电机的结构主要由电枢、转子和绕组组成。电枢由内外圈、锥形和端面三部分组成，电枢内置有永磁片，枢纽上设有滑动装置，用于控制转矩。转子是由磁铁、轴和轴承组成，磁铁设置在轴上，当电机转动时，磁铁在电枢和转子中产生力，从而产生转矩。绕组由驱动电路、变压器、可控硅等组成，可实现电机的转矩控制、频率控制和转子位置检测等功能。 表贴式永磁同步电机在变频驱动技术的发展中发挥了重要作用，它具有良好的稳定性、容易操作和较大的负载能力等优点，能够达到低振动、低噪音的运行状态，可以满足各种行业的特殊需求。 表贴式永磁同步电机在工艺设备运行中起到重要作用，在运转机械中，电机的精确控制可明显提高机械性能和生产能力。此外，表贴式永磁同步电机可以实现电机的实时监控，当发生异常时，能及时发出报警信号，从而达到安全生产的目的。 表贴式永磁同步电机具有极高的负载能力，可以根据工作环境的变化，智能地自动调节电机的转速，以实现精确的转矩控制，是应用

于液压和制动系统中的理想电机。 另外，表贴式永磁同步电机能够满足高精度控制的要求，可进行精密控制，使回路操作更加精确和稳定，为用户提供更好的服务。 总之，表贴式永磁同步电机是一种重要的直流伺服电机，具有良好的动态响应性能、高制动转矩、较大的负载能力和精确的控制特性，是应用于航空航天、舰船、汽车、仪器、机械等领域的理想驱动器。

永磁同步电机控制

永磁同步电机控制 1控制电机的概况 控制电机属于电机制造工业中一个新机种，它的历史虽短但发展迅速。控制电机的品种繁多，用途各异，据不完全统计，已达3000种以上，是普通电机所不可比拟的。由于电子技术、航天等科学技术的发展和自动控制系统的不断完善，对控制电机的精度和可靠性提出了更高的要求，控制电机的品种也日益增多，比较传统的有旋转变压器、自整角机、测速发电机、伺服电动机和步进电机等，比较新颖的有无刷直流电动机、直线电动机和超声波电动机等。 由于新原理、新技术、新材料的发展，使电机在很多方面突破了传统的观念，研制出一些新结构的电机，如霍尔效应的自整角机及旋转变压器、霍尔无刷直流测速发电机、压电直线步进电动机，利用“介质极化”研制出驻极体电机，利用“磁性体的自旋再排列”研制出光电机，此外，还有电介质电动机、静电电动机、集成电路电动机等。控制电机的进一步发展已经不限于一般的电磁理论，而将与其他学科相互结合，相互促进，成为一门多种学科相互渗透的边缘学科。研究特种电机的原理、结构与应用，在21世纪自动化技术、电脑技术的开发和应用中将具有光辉的前景。 2永磁同步电机 2.1永磁材料的简介 永磁材料的应用是永磁同步电机的关键技术。永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴5（SmCo5），第二代钐钴2：17（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd-Fe-B）。80 年代初开发的钕铁硼（Nd-Fe-B）稀土永磁材料，性能十分优越，（BH）max，3800kJ ／m3，到90年代，其（BH）max，500kJ／m 。Nd-Fe-B稀土材料不含价格昂贵的钴，其可加工性能也比较好，价格相对便宜。我国又是稀土大国，储量世界第一。开发应用前景广泛，适合在永磁同步电机中应用。 2.2永磁同步电机的结构和工作原理 永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，下左图就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见下右图，这是一个4极转子。 定子：定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的硅钢片紧密叠装而成，在槽中嵌入交流绕组。 转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布有隐极式和凸极式之分。凸极式转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。隐极式转子成圆柱形，均匀分布气隙。 永磁同步电机的基本旋转需依靠磁感应编码器来检测的位置信息，然后经过电子换相电路来驱动控制同电枢绕组相连接的各个功率开关器件的关断或导通，从而起到控制绕组的通电状态，并在定子上产生一个连续的旋转磁场，以拖动转子跟着旋转。随着转子的不断旋转，传感器信号被不断的反馈给芯片，主芯片依据此信息来改变电枢绕组的通电状态，使得在每磁极下的绕组中的电流方向相同。因此可以产生恒定转矩，并使电机连续旋转运行起来。

永磁同步电机在全速范围内的无位置传感器矢量控制

永磁同步电机在全速范围内的无位置传感器矢量控制 张海燕;刘军;兖涛;赵瑶瑶 【摘要】提出一种混合控制策略以实现永磁同步电机在全速范围内的无速度传感器控制，在中、高速范围内，采用基于基波模型的滑模观测器法估算电机转子速度与位置。在零速、低速范围内，为避免滑模法的缺陷则切换到高频信号注入法。实现了滑模观测器法的应用，测算出滑模法的应用速度下限，确立混合模式下速度切换区的依据。试验仿真结果表明：结合滑模观测器法与高频注入法的混合模式能够有效降低算法切换过程中的抖振，实现了永磁同步电机在全速范围内的无速度传感器控制。%A hybrid control strategy was proposed, in order to realize the position-sensorless vector control of permanent magnet synchronous motor ( PMSM ) at full speed range. The sliding mode observer method based on fundamental wave model was used for estimating the motor rotor speed and position at medium and high speed range. While at low or zero speed range, in order to avoid the defects of sliding mode observer, it switches to the high frequency injection method. The application of sliding mode observer was achieved. And the speed limit of sliding mode observer was measured, which is used as basis for establishing a speed switching area of mixed mode. The experiment simulation results show that the mixed mode of sliding mode observer and high frequency injection can effectively reduce the chatter in the process of switching of algorithm, and the control of PMSM is realized at full speed range. 【期刊名称】《电机与控制应用》

永磁同步电机全速范围无速度传感器控制

永磁同步电机全速范围无速度传感器控制 胡庆波;孙春媛 【摘要】In order to solve the problem of large torque ripple from the speed-open-loop current-close-loop state to the double-closed-loops state of the permanent magnet synchronous motor ( PMSM) ,a novel field oriented control method was proposed.According to the PMSM torque self-stabilization principle,the a-daptive PI control of motor torque current was given.When the given torque current was close to the load current,the I/F control was switched to the speed and current double-closed-loop mode.The proposed new scheme makes speed and torque smooth transition while switching, and is suitable for all types of PMSM under different load conditions.Experimental results show that the proposed scheme has the advan-tages of simple structure,easy realization,also has the versatility and robustness.%针对永磁同步电机在无速度传感器控制时，从低速开环运行切换到高速闭环运行过程中存在转矩脉动大的问题，提出一种新的矢量控制切换技术。依据永磁电机转矩自平衡原理，采用自适应PI控制电机给定转矩电流分量。当I／F流频法控制下给定转矩电流接近负载电流时，将系统从I／F 开环运行切换到速度电流双闭环模式。提出的新方案能够使矢量控制切换过程的速度和转矩平滑过渡，可适用于不同类型的永磁电机和负载工况。实验证明：该控制方案具有结构简单，易于实现，同时具有较强的通用性和鲁棒性。 【期刊名称】《电机与控制学报》 【年(卷),期】2016(020)009

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

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

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：