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内插式永磁同步电机无速度传感器控制 黄雷 赵光宙 浙江大学 摘要：对于内插式永磁同步电机提出了一种包含零速在内的全速度范围内均能实现转子位置/速度准确检测的无传感器复合方法。在高速范围，通过对扩展反电势的估算以得到转子位置和速度，低速时采用高频信号注入法进行转子位置检测。仿真研究表明，两种方法的结合既能在低速时准确地观测出转子的空间位置和速度，也能保证高速运行时较快的动态响应，适合于全速范围内电机的无传感器运行。 关键词：无传感器控制 扩展反电势 高频信号注入法 内插式永磁同步电机 Speed Sensorless Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Huang Lei Zhao Guangzhou Abstract: A hybrid rotor position self-sensing approach for interior PMSM was investigated in this paper. In the high speed range the method of extended-EMF estimation is used and in the low and zero speed ranges the high frequency signal injection method is used to get the position of the rotor. Experimental results show that the hybrid rotor position self-sensing approach can precisely estimating the rotor position and speed at the low speed range, and can achieve fast dynamic response at the high speed. Therefore the proposed scheme is suitable for the sensorless vector control of a PM synchronous motor in a wide speed range, including zero-speed. Keywords: sensorless extended EMF High frequency signal injection interior permanent magnet synchronous motor 1 引言 目前，无位置/速度传感器控制研究可以分为两类：基波励磁法[1-2]和高频信号注入法[3-6]。基波励磁法主要基于电机的基波动态模型，具体方法有：利用定子端电压和电流的直接计算法，观测器基础上的估算方法，模型参考自适应方法和人工智能理论基础上的估算方法等。 利用基波反电势的估算方法实现简单，在电机高速运行时，这类方法具有良好的动态性能，但对电机参数变化敏感，鲁棒性差，零速或低速时会因反电势过小或根本无法检测而失败，因此多适用于中高速段运行。 高频信号注入法基于检测电机的凸极效应，通过在电机中注入特定的高频电压（电流）信号，再检测其对应的电流（电压）信号以确定转子的凸极位置。由于是依赖外加持续高频激励来显示凸极性，与转速无关，使得这种凸极跟踪方法能够解决低速甚至零速下转子位置的估计，而且由于追踪的是转子的空间凸极效应，因此对电机参数的变化不敏感,鲁棒性好，但因信号处理过程较复杂，影响动态性能，较为适合低速运行。 为了实现包括零速在内全速度范围内电机转子位置/速度的有效检测，本文中将两种方法相结合，即低速时采用旋转高频电压信号注入法实现转子位置和速度的精确检测，高速时采用反电势估算方法确保快速的动态响应。仿真研究验证了这种方法的有效性。 2 扩展反电势估算方法 图1中，d-q为同步旋转坐标系，d轴与转子N极对齐，实际位置角为。坐标系为估算的旋转坐标系。为估算的转子位置，为估算位置误差。 在d-q旋转坐标系中IPMSM的电压方程为： (1) 图1 坐标系定义 式中：为旋转坐标系下电压；为旋转坐标系下电流；为定子电阻；为定子电感；为微分算子；为转子角速度(电角度)；为反电势常数；为轴电感；为轴电感。 将式(1)变换到静止坐标系下，得到 (2) 式中：为静止坐标系下电压；为静止坐标系下电流；，,,L0=(Ld+Lq)/2，。 式(2) 中包含有，项，其中将增加计算的难度，可通过适当的变换使得其消除。 考察式(1)可以看出：的出现是因为电感矩阵不对称所致。因而，将d-q轴下IPMSM的电压方程重