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。

根据智能传感器的位置估计法阁。目前常见的新一代人工智能方式，包括了人工神经网络和模糊逻辑等两种。在神经网络传感器中，通常使用神经网络作为电流模型的转子磁链检测者，根据误差反向传递方法的自适应律进行速度预测。网络的连接权值也是网络的重要参数，虽然能够通过使用一个多层的前馈神经网络进行对马达转动速度的预测，但是在实际使用过程中需要通过对样本数据进行实验法判断该神经网络的隐藏层、网络结点的数量、结点的权值和信息初始值。另外，由于基于神经网络的速度预测器的稳定性受样本数量的影响较大，因此通过导入模糊逻辑到神经网络中，即可克服神经网络的这些困难。这种系统基本上是一个带有模糊特征的神经网络，但这种网络的计算器组成非常复杂，因此其体系结构的设置和参数的调整就显得十分麻烦。

2.2低速无定位传感器

高频信号注入法，是目前研究面积最大的一个广泛应用于在低速时间的无传感器预测方案。高频信号注入法有三种特性：所运用的计算机必须能显示出凸极效应，必须提供高频率的激励信号，以及要求高带宽的噪声过滤器，而每种特性都可使用各种方式来达到，所以高频注入法的实施也就有了各种方法。高频信号输入法，对发电机参数改变完全不敏感。此外，由于将高频信号直接投入到定子坐标系的坐标轴上，因此不要求实现由转动坐标系向静态坐标系的转换，而且具备了良好的空气动力学特性。不足之处是要求系统内部显示出明显凸极性，对凸极同步电机、内埋式或是内插式永磁同步电机都能够进行使用，但对表贴式永磁同步电机，凸极性并不突出，应该利用结构上的变化或是利用磁饱和获得更明显的凸极化性，才能够使用高频信号输入法。

将基于电压模型的模型参考自适应法，采用定子电压信号为反馈信息，再利用方程导数求得自适应率值。因为该技术在预测电机转速和位移的同时，也能够实时辨识定子电流，因此不受定子电流的干扰。但是该预测技术的输入信息为定子电流误差，预测准确度直接取决于定子电流的测量准确度，因此对电流测量技术要求更高。

采用了电流模拟的系统辨识方法，此方法可以将磁饱和作用特征带入电流模拟，从而直接通过电压或电流信号就可以预测出电极位置，而不必要求其他的电

气数据，同时此模型不仅可以建立在静态坐标系上，还可以建立在转动坐标系上。但这种估算方法对与系统辨识有关的一些函数可以凭经验选择，如果无法准确选择，估算方法根本就无法收敛。

2.3初始位置的预测与自动起动问题

无传感器高新技术的使用，为永磁同步电机增加了自动起动问题。机械式定

位传感器技能可探知在电动机停止时将转动的磁极定位，使电动机与逆变器联合

并工作于自控的同步运行状况，从而电机起动同不失步。但目前，无定位传感器

技能还无法在电动机停止时直接从电机的电气特征中得知转动的初始定位，因为

只有在电器起动并达到规定的速度后，电动机才正常工作于无定位传感器工作状

况下，因此起动问题仍是同步电机中实现无定位传感器工作的重要难点。

结束语

在永磁同步电机无传感器驱动时，定子初始位移测量和中低速运动控制都主

要依赖转子的凸极跟踪，其凸极特征可能为结构性凸极或饱和型凸极，但由于高

频传感器注入法所产生的影响，对数字处理技术要求更高。在中高速运动领域，

主要通过电机的基波模拟和各类观测仪实现转子速度预测，同时要注意计算中电

机参数敏感性和参数偏移情况。复合控制算法研究着重关注与计算机转换之间的

转换途径。

参考文献

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[2]齐歌,赵学铭,马丁. 改进滑模观测器的永磁同步电动机无传感器控制[J]. 组合机床与自动化加工技术,2022,(03):92-96.

[3]李坤. 全速域永磁同步电动机无位置传感器控制系统[D].哈尔滨理工大学,2022.

[4]王钧仪. 基于自适应滑模观测器的永磁直线同步电动机无传感器控制[D].沈阳工业大学,2021.

[5]王卫. 永磁同步电动机全速范围无传感器控制的研究[D].湖南工业大

学,2020.

永磁式同步电动机无传感器控制技术简述

永磁式同步电动机无传感器控制技术简述 前言：pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面，并逐步迈进交流调速系统时代。 pmsm因其高转矩惯性比、高能量密度、高效率等固有特点广泛应用于航空航天、电动车、工业伺服等领域。伴随着高性能磁性材料、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展，特别是矢量控制和直接转矩控制等高性能控制策略的提出，使得pmsm调速系统得以迅猛发展。pmsm矢量控制效法直流电机通过转矩分量和励磁分量解耦控制获得了优良动静态性能。打破了高性能电力传动领域直流调速系统一家独大的局面，并逐步迈进交流调速系统时代。 高性能pmsm控制系统依赖于可靠的传感器装置和精确的检测技术。传统控制系统多采用光电编码器，旋转变压器等机械传感器获得转子位置信息。但是机械传感器安装维护困难，不但增加了系统机械结构复杂度，而且影响了系统动静态性能，降低了系统鲁棒性和可靠性。pmsm矢量控制系统性能往往受限于机械传感器精度和响应速度，而高精度、高分辨率的机械传感器价格昂贵，不但提高了驱动控制系统成本，还限制了驱动装置在恶劣条件下的应用。机械传感器低成本、高精度、高可靠性的自身矛盾根本的解决方法就是去掉机械传感器而采取无传感器技术。因此，pmsm无传感器控制技术的研究迅速成为热点。 pmsm国内外研究现状 国外在20世纪70年代就开展无传感器控制技术的研究工作。在其后的20多年里，国内外学者对交流电机的无传感器运行进行了广泛的研究并提出了很多方法。这些研究成果使得无传感器控制的电机驱动系统能够应用于更多的工业领域中。 pmsm无传感器技术主要两个发展阶段：第一代采用无传感器矢量控制技术的交流电动机经过近10年的研究和原型机试验已经出现在市场上。第一代无传感器电动机的调速精度不高，可以正常工作的速度范围也有限，在低速、零速时，机械特性很软且误差变得很大，无法进行调速。第一代无传感器技术还很不完善，因此限制了它的使用范围。现在正在研制的是第二代无传感器技术，人们预计将能有更高的精度且在零速时也能进行完全的转矩控制，可与传统的矢量控制技术相媲美。第二代无传感器技术预期的应用领域与第一代无传感器技术基本相同，但有更好的动态特性。 pmsm无传感器控制技术综述 pmsm无传感器技术自荣获国内外学者的广泛关注之后，研究进展很快，已取得阶段性成果，部分技术已实用化。从pmsm自身特点的深入挖掘到众多现代控制理论的引用，pmsm 无传感器控制理论正不断的推陈出新。现对pmsm无传感器控制主流理论综述如下。

永磁同步电动机发展现状综述

永磁同步电动机发展现状综述 方案不满足设计需要，设计者必须重新选定修正值再次计算。 4.2 有限元法 为使计算准确，需对电磁场进行分析，比如永磁磁极形状与尺寸、局部退磁现象等。用有限元软件对电磁场数值计算分析，节省了产品的开发成本，为电机的优化设计提供了准确的依据。计算机性能的提高使得电磁场数值计算理论的各种分析方法得以发展。有限元法实质是将问题转化成适合数值求解的结构性问题，它将无限个自由度的连续系统理想化成有限多个自由度单元集合。目前，最常用的有限元仿真软件是ansoft，它能对整个电机系统进行联合仿真。 4.3 场路结合法 磁路法计算速度虽快，但是精确度不高，计算机计算精确度高，但计算较慢且对计算机要求较高。因此，将有限元法与传统的磁路法相结合应用到电机电磁的数值计算中，不仅可以提高计算效率，还可以提升精度。这对电机参数设计有很大的实用价值。场路结合法的基本思路是先参考磁路计算结果，初步建立几何模型，然后通过有限元进行磁场分析，准确计算出等效磁路法中需要修正的系数。 5 永磁同步电动机发展趋势 5.1 永磁无刷直流电动机（BLDCM） 自20世纪80年代起，控制技术，尤其是控制理论策略发展很快，其中一些先进的控制策略，比如滑模控制、变结构控制等正在被引入永磁无刷电动机的控制器中。这为推动高性能向智能化、柔性化、全数字化的发展开辟了新途径。现在人们生活水平越来越高，保护生存

环境的意识不断增强，使用高性能的电机系统成为电机产业发展的必然趋势，并且将来也会在电动车、家用电器等小电机行业中得到更广泛的应用。 5.2 PMSM的发展趋势 PMSM伺服系统因其自身技术和应用领域，将会朝着2个方向发展：①办公自动化设备、简易数控机床、计算机外围设备、家用电器及对性能要求不高的工业运动控制等领域的简易、低成本伺服系统；②高精度数控机床、机器人、特种加工设备精细进给驱动，以及航空、航天用的高性能全数字化、智能化、柔性化的伺服系统。后者更能充分体现伺服系统的优点，它将是今后发展的主要方向。 参考文献 [1]Shoudao Huang，Guangsheng Wang，Jian Gao，et al.Optimization Design Of Permanent Magnet Synchronous Servo Motor With New High Dynamic Performance.International Conference on Electrical Machinas and Systems，2011. [2]王广生，高剑，浦清云，等.不同定转子结构对表贴式永磁电机齿槽转矩的影响[C]//湖南省第四届研究生创新论坛，2011. [3]Studer C，Keyhani A，Sebastian T，et al.Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines.Electric Machines&Power Systems，1997，27（7）：665-678. [4]Dutta R，Sayeef S，Rahman M F.Cogging Torque Analysis of a Segmented Interior Permanent Magnet Machine.International Electric Machines&Drivers，2007（5）：781-786. [5]王莹，唐任远，曹先庆，等.内置式永磁同步电动机弱磁控制实验研究[J].微电机，2008，41（11）：1-4. [6]李静，程小华.永磁同步电机的发展趋势[J].防爆电机，2009，44（5）：1-4.

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

永磁同步电机及其控制技术的研究现状

永磁同步电机及其控制技术的研究现状 A直流电机、异步电机、同步电机三大电机系统中，衣磁同步电机为其性能优良和结构多样，在工农业生产制造.日常生活以及航空航天事业等领域中得到广泛的应用。为使得电机有较好的控制性能，需要便用变频器时永卓同步电动机进行驱动和控制.因此，研究如何在通用变额器上实现永嵐同步电动机矢呈控制具有非常重硬的实用价值： (1)永磁同步电机矢量控制系统是一种髙性能的交流调速系统.由于永礎同步电机结构简单、体积小、重量轻、效率高、过载能力大、转动惯虽小以及转矩脉动小零优点，并且利用矢量控制思想*永磁同步电机可以便得输出转矩随定了电流线性变化，永磁同步电机矢畐拎制系统可以达到优越的控制性能⑴. (2)我国是世界上星早利用磁的国家，早在公元前2500年前后就己经有相黄天然磁石的记载◎同时，水磁材料产业的发展与电子信息、通信技术、矿业、航空航天、交通运输等行业密切相关.具有璽宴的战略意义I*】. (3)殺电子技术的发脱促进了数孑技术在调速系统屮的应用，配合髙效软件可提供较好的灵活性和控制性能"电机控制系统的数了化进程是实现现代调速系统发展的方向之一。相比了:模拟控制，数字控制更易于实现先进控制饺毎同时数字控制系统的硬件成本低、结构简帕且高效节能固° 人类最早发明的电机是利用天然磁铁建立磁场的.1821年9月.法拉第发现通电匕线在雄场中会受到力的作用，他第一次实现了把电能转化为机械能.从而在实骡峑建立了堀初的电机模型，被认为是世界上第一台电机° 1831年*在发现电磁感应现象之后不典，法拉第利用电磁感应原理发明了111界上弟一台真正恿义上的电机——法捡第岡盘发电机?】旳2年，斯特金发明了换向器，制件了世界上第一台能够连续运动的旌转电机.1845年.英国的惠斯通用电磁铁代替永久磴铁，并取得了乍利权，这是增强发电机输岀功率的一个重雯措施,1967年.锣诂永磁材料的岀现，开创『永磁电机发展的新纪元. 随着科学技术的发展，各类电机不审问世，电机的种类越来越多。上要分为白漩电机和交流电机两大樂而交流电机主耍分为并步电机和同步qi动机届步电机结构简单，造价低廉且维护较少，可应用于衽环境恶劣的场合，但也存在不少缺点，运转过程中电

永磁同步电机研究的热点及发展趋势

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 永磁同步电机研究的热点和发展趋势 学生姓名王浩 专业班级电气1302 学号2221307021

摘要 与传统电机相比，永磁同步电机具有它突出的优势。本文对永磁同步电机的原理、结构、优缺点进行了介绍，同时分析了它的研究现状、热点和未来的发展趋势。 关键词：永磁同步电机现状热点发展趋势 1.前言 由于低碳经济的要求、化石能源的紧缺，我国汽车需求量、保有量稳步增长、电动汽车技术逐渐成熟、国家政策的支持因素，未来电动汽车发展前景相当看好。驱动电机作为动力系统的核心部件，在很大程度上可以说驱动电机性能和控制性能的好坏决定于电动机的主要性能。而目前在用或开发的电动车用电动机主要有直流电动机(DCM) 、感应电动机( IM) 、永磁电动机( PM) 、开关磁阻电动机( SRM)四类。下面简述一下各电机驱动系统的优缺点： 1）直流电机：20世纪90年代前开发的电动汽车通常采用的是直流电动机驱动系统，如有轨和无轨电车，点叉车等等。机械特性、调速特性均为平行直线，启动转矩大、效率高、效率高、调速方便，动态特性好，易于控制；但是由于采用机械换向结构，结构复杂，尤其是电刷和换向器的滑动接触容易引起机械磨损和火花，使直流电机的故障多、可靠性低、寿命短。保养维护工作量大，这大大降低了直流电动机的进一步使用。 2）感应电机：也称异步电机，结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简单，缺点为调速性能差、起动转矩小，过载能力和效率低，功率因素低调速性能感应电动机现在普遍采用变频驱动方式，常见的变频控制技术有三种：V/F 控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以脉冲宽度调制( PWM)方式实现V/F控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小、转矩特性不理想,而对于需频繁起动、加减速的电动汽车不太适用。矢量控制技术成为主流高效的控制方式。电机的电流解耦为转矩和励磁分量进行分别控制，从理论上讲实现了线性的控制特性，能够明显改善交流电机的转矩输出特性。 3）开关磁阻电机：开关磁阻电动机驱动系统（SRD）是20世纪80年代初，随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型的交流无级调速驱动系统。是一种结构简单，制造工艺简单，可靠性高，起动转矩大于额定转矩的2-3倍，起动电流小（≤30%的额定电流），调速范围广（调速比大于20:1）等优点。但在振动、噪声、转矩脉动、控制方式等方面还有很多问题正在研究阶段，目前应用还受到限制。

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

永磁同步电机直接转矩控制技术研究

永磁同步电机直接转矩控制技术研究 永磁同步电机是一种新型的电机，由于其高效、高功率密度和低转动惯量等优点，被 广泛应用于工业生产和交通运输等领域。永磁同步电机直接转矩控制技术是一种基于永磁 同步电机的控制技术，能够实现对电机转矩的实时、精准控制，提高了电机的动态性能和 能效。本文将通过研究永磁同步电机直接转矩控制技术的原理、算法以及应用进行深入探讨，以期为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考和指导。 永磁同步电机直接转矩控制技术是一种无需传感器反馈的控制技术，通过测量电机定 子电流和转子位置，实现对电机转矩的直接控制。其原理是通过对电机的定子电流进行控制，来调节电机的转矩和转速，从而实现对电机的精准控制。在这一过程中，需要实时计 算并校正电机的磁链和转矩指令，以保持系统的稳定性和动态性能。 永磁同步电机直接转矩控制技术的算法需要兼顾实时性、精度和稳定性。在该技术中，需要通过高性能的控制器和先进的控制算法，实现对电机的高精度控制。还需要考虑到电 机的非线性和不确定性因素，通过对控制策略和参数进行优化和调整，来提高系统的适应 性和鲁棒性。 永磁同步电机直接转矩控制技术在工业生产和交通运输等领域有着广泛的应用。在工 业生产领域，永磁同步电机直接转矩控制技术可用于电动机械设备、风力发电机组、电动 车辆等领域，可以实现对电机的高效、节能、精准控制。在交通运输领域，永磁同步电机 直接转矩控制技术可用于电动汽车、混合动力汽车、电动摩托车等领域，可以实现对电动 车辆的高速、高效、高性能控制。 永磁同步电机直接转矩控制技术的应用要求对电机的控制性能、节能性能和环境适应 性有着较高的要求。在工业生产领域，需要考虑到电机的高性能和高效能，可以通过对电 机的控制策略和参数进行优化和调整，来提高系统的性能指标和能源利用率。在交通运输 领域，需要考虑到电动车辆的动态性能和环境适应性，可以通过对电机的控制算法和硬件 系统进行优化和改进，来提高系统的适应性和可靠性。

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。

永磁同步电机未来研究

永磁同步电机未来研究 永磁同步电机虽有永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高、功率因数高、力矩惯量比大、定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。但存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，成本高和启动困难等缺点。正因为有缺点的存在和未来发展的需要以及市场的竞争，带来了永磁同步电机的研究热点问题。 2. 永磁同步电机发展现状 由于永磁同步电机闭环控制当中需要电机转子位置，因此需要在电机轴上安装机械位置传感器。由于机械传感器的存在，增加了系统复杂程度和成本，降低了系统鲁棒性。永磁同步电机的无速度传感器控制成为现今研究的一个热点问题。谷善茂等就对永磁同步电机无传感器控制技术现状与发展做了一个很好的综述。 目前适用于中、高速运行的无传感器控制技术主要有以下几类：磁链估计法、模型参考自适 应（Model Referencing Adaptive System）MRAS法、状态观测器法、滑模变结构法、检测电机相电感变化的位置估计法、卡 1/ 3

尔曼滤波法等;适合于零速和低速方法有：基于测试矢量励磁及电流幅值测量的初始位置估计技术、基于测试脉冲励磁和电流幅值测量的内插式*****SM初始位置估计、基于脉动矢量励磁和相位检测的IPMSM初始位置估计方法、基于脉动矢量励磁和高频阻杭测量的IPMSM低速和零速转子位置估计和基于旋转矢量励磁和电流解调技术的低速和零速无传感器控制方法。分析了这些方法的原理、优点和局限性，并指出了复合控制方法是未来发展的趋势。模糊控制、分数阶微积分控制、神经网络、变结构控制、预测控制、最优控制慢慢应用于永磁同步电机的控制。 3. 永磁同步电动机的应用 交流永磁同步电动机由于其体积小、重量轻、高效节能等一系列优点，越来越引起人们重视，其控制技术日趋成熟，控制器已产品化。中小功率的异步电动机变频调速正逐步为永磁同步电动机调速系统所取代。电梯驱动就是一个典型的例子。电梯的驱动系统对电机的加速、稳速、制动、定位都有一定的要求。早期人们采用直流电动机调速系统，其缺点是不言而喻的。70年代变频技术发展成熟，异步电动机的变频调速驱动迅速取代了电梯行业中的直流调速系统。而这几年电梯行业中最新驱动技术就是永磁同步电动机调速系统，其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置;其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，适合在无机房电梯中使用。永磁同 2/ 3

永磁同步电机发展现状

永磁同步电机发展现状 永磁同步电机是一种新型的电机技术，以其高效率、高功率密度、高自冷性能和无需稀土材料等特点，被广泛应用于工业生产和新能源领域。目前，永磁同步电机的发展有以下几个主要趋势和现状： 首先，永磁同步电机的功率密度不断提高。随着磁性材料的发展和设计优化的进步，永磁同步电机的功率密度不断提高。目前，永磁同步电机的功率密度已经达到300 W/cm3以上，相 比传统的感应电机，功率密度提高了2-3倍，具有更小的体积 和重量。 其次，永磁同步电机的控制性能不断提高。随着电力电子技术的发展，永磁同步电机的控制器不断提高，实现了对电机速度、转矩和位置的高精度控制。同时，采用先进的磁路设计和电气绝缘技术，降低电机的损耗和热量，提高电机的运行效率和可靠性。 再次，永磁同步电机在新能源领域得到广泛应用。永磁同步电机具有高效率和高功率密度的特点，被广泛应用于新能源领域，如风力发电、光伏发电和电动汽车。在风力发电领域，永磁同步电机作为风力发电机的核心部件，可以实现对风能的高效转换和利用。在电动汽车领域，永磁同步电机可以实现更高的动力输出和续航里程。 最后，永磁同步电机在智能制造领域发展迅速。永磁同步电机具有高速响应和高精度控制的特点，被广泛应用于智能制造领

域。例如，在机床行业，永磁同步电机可以实现高速、高精度的位置控制，提高机床的加工精度和生产效率。在机器人领域，永磁同步电机可以实现高速、高精度的运动控制，实现机器人的精确操控和高效运行。 总的来说，永磁同步电机作为一种新型的电机技术，其发展现状呈现出功率密度提高、控制性能提高、应用领域扩展和智能制造化的趋势。随着磁性材料的发展和新技术的应用，相信永磁同步电机在未来会有更广阔的应用前景。

永磁电动机的控制系统的发展和现状

1 绪论 本章介绍了本文所论述问题的提出和研究的意义，随后又介绍永磁电动机的控制系统的发展和现状。 1.1问题的提出和意义 目前为止，中国能源消耗是美国的4倍多。中国的能耗问题已经非常突出。本文研究内容是以工程项目“通用永磁同步电动机的驱动器”的开发为背景。由该驱动器加上永磁同步电动机一起组成的调速系统能够在一些场合中取代由交流异步电动机和通用变频器组成的调速系统。矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。调速控制系统通常由以下三大部分组成：控制部分、功率部分和电动机。目前基本上存在以下三大类的调速系统，直流电动机调速系统、交流异步电动机调速系统和交流同步电动机调速系统。 直流电动机调速系统的电源供给的结构也不复杂，在相当长的一个时期内占据了拖动的主要地位，虽然有这么多优点但是也有很多缺点，它的结构上有很多的缺陷。电刷和换向器在电机结构上是接触的，在转动的时候会产生机械上的摩擦，这样就容易损坏，不但如此还容易打火产生火花，这样一来就使直流电动机的可靠度变的很差、能正常使用的时间也很短、后期的使用过程中就要经常维修，导致了额外的工作量。 交流异步电动机部件不多，而且没有那种摩擦件。不但运行的时候非常稳定而且可以用很长时间都不出问题，转动的效率也非常高，在运转的时候响应也非常快。不过异步电动机也有一些缺点，功因很低，特别是负载比较小的时候功因和效率特别低，电网损耗会增加，线路损耗也会增加。 和异步电动机来比较的话，永磁同步电动机就有着非常多它们没有的优点，首先从体积上看占空间比较小、功率和密度的比值非常高、效率和功因也非常高。可是在之前的拖动系统中，一般都用直流电机或者感应电机，原因主要是因为同步电动机在