基于凸极效应的混合动力车用IPMSM无传感器控制的设计.docVIP

基于凸极效应的混合动力车用IPMSM无传感器控制的设计 　　【摘 要】本文提出了一个集中绕组式IPMSM的设计。该设计基于凸极特性的无传感器控制，采用高频信号注入法。充分考虑到交叉耦合磁饱和和空间谐波，利用有限元理论检测无传感器驱动的可行域。可靠性通过使用两个原型来予以验证。然后，验证IPM电机结构对可行域的影响。最后，建立设计指导以获得合适的电机结构。所提出的设计的有效性通过基于MATLAB/SIMULINK 的动态仿真器进行验证。 　　【关键词】混合动力车用电机；有限元；MATLAB仿真；无传感器安全运行范围 　　Design of Saliency-Based Sensorless Drive IPM Motors for Hybrid Electric Vehicles 　　BAI Yue-cheng WANG Zheng 　　（School of Electrical and Information Engineering of Anhui University of Science and Technology， Huainan Anhui 232001， China） 　　【Abstract】This paper presents the design of concentrated winding IPMSM under the saliency-based sensorless drive using a high-frequency signal injection. The finite element （FE） analysis is used to examine the feasible region of the sensorless drive. The reliability of the feasible region is verified by experiment using two prototypes. Then， the influence of the IPM motor geometry on the feasible region is examined. Consequently， the design guideline is established to obtain a suitable motor geometry which can maximize the torque capability and stability of the sensorless drive. 　　【Key words】HEV motor； The finite element （FE） analysis； MATLAB simulation； SSOR 　　0 引言 　　混合动力汽车中大多应用内嵌式永磁同步电机（IPMSM）作为重要的牵引电机，这是由于它的优越的功率密度和高效率。在IPMSM的转矩控制中少不了位置传感器的影子。IPMSM的多种无传感器驱动的原理已经被开发出来。常用的电机驱动位置估计算法有两种。一是在中高速应用的反电动势估计算法，二是应用在低速及零速的基于转子凸极效应的方式。然而，第二种方式在重载下并不能较好的运行，这是由于转子凸极效应受到磁饱和的影响而减弱了。 　　本文提出一个混合动力汽车牵引电机的无传感器控制的集中绕组IPMSM的设计。在无传感器控制设计中，主要是如何扩大运行的范围。我们引入无传感器安全运行范围（SSOR），这是为了解释交叉耦合磁饱和电感分布的谐波。 　　1 在低速时无传感器控制技术 　　1.1 IPMSM的数学模型 　　α-β坐标系表示静止坐标系，d-q坐标系代表旋转坐标系。旋转速度和d-q坐标系角度转子的速度和转子位置是分别是ω和θ。因为在无传感器运行的情况下，实际的转子位置是不可知的，估计的γ-δ坐标系，以ωe和θe旋转，进行了虚拟定义。转子速度和位置的实际值和估计值的差别分别定义为？驻ω=ωe-ω和？驻θ=θe-θ。 　　磁场定向控制器和解耦合控制器在γ-δ坐标系中应用，通过使用在无传感器控制系统中得到的估计值ωe和θe。 　　这里vd，vq是d-q坐标轴上的外加电压，id，iq是d-q轴电流，R是电枢绕组电阻，Ld，Lq是d-q轴上的电感，KE是反电动势常数，p是d/dt 的代替。 　　假想，一个超过基频足够高的频率作为测试信号同电压一同注入，观测高频成分。这里vdh，vqh和idh，iqh分别是d-q坐标系中电压和电流的高频成分，Ldh，Lqh分别是d轴和q轴上增加的自感。 　　1.2 传统的无传感器控制技术 　　这一部分总结用以检测IPMSM转子位置的脉振电压矢量技术。它依赖于转子空间凸极特性