基于信號(hào)注入的極低速PMSM無(wú)速度傳感器控制
摘要： 近年來(lái)，永磁同步電機(jī)（PMSM）的無(wú)速度傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。目前，PMSM無(wú)速度傳感器矢量控制在中高速段已獲得良好的控制性能，但在極低速段（<1Hz）卻仍未實(shí)現(xiàn)良好的控制。這是因?yàn)镻MSM無(wú)速度傳感器矢量控制需要利用反電勢(shì)，而反電勢(shì)在極低速時(shí)很小，受電機(jī)參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)極低速以及零速的無(wú)速度傳感器矢量控制。
Abstract：
Key words :
1引言
近年來(lái)，永磁同步電機(jī)（PMSM）的無(wú)速度傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。目前，PMSM無(wú)速度傳感器矢量控制在中高速段已獲得良好的控制性能，但在極低速段（<1Hz）卻仍未實(shí)現(xiàn)良好的控制。這是因?yàn)镻MSM無(wú)速度傳感器矢量控制需要利用反電勢(shì)，而反電勢(shì)在極低速時(shí)很小，受電機(jī)參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)極低速以及零速的無(wú)速度傳感器矢量控制。
為了實(shí)現(xiàn)極低速段的PMSM無(wú)速度傳感器控制，研究人員提出了各種控制方法。其中研究較多的是高頻信號(hào)注入法，利用注入的高頻定子電壓信號(hào)產(chǎn)生的電流響應(yīng)來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置[1]-[7]。這些基于高頻信號(hào)注入的方法都利用了PMSM的非理想特性，如電磁凸極和飽和效應(yīng)等。所以，這些方法適用于具有轉(zhuǎn)子凸極的內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)（IPMSM），而對(duì)表面式永磁同步電機(jī)（SPMSM）的控制效果不明顯。
本文介紹了一種低頻信號(hào)注入法[8]，并搭建了仿真模型，實(shí)現(xiàn)了極低速段及零速區(qū)的SPMSM無(wú)速度傳感器控制。該方法通過(guò)注入低頻d軸定子電流信號(hào)，利用產(chǎn)生的反電勢(shì)響應(yīng)估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，僅利用PMSM的基波模型，不依賴(lài)于各種非理想特性，所以適用于SPMSM控制。本文進(jìn)行了大量的仿真并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，不僅證明了該方法的有效性，還提出了需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題和方向。
2 PMSM數(shù)學(xué)模型
近年來(lái)，永磁同步電機(jī)（PMSM）的無(wú)速度傳感器矢量控制成為研究熱點(diǎn)。目前，PMSM無(wú)速度傳感器矢量控制在中高速段已獲得良好的控制性能，但在極低速段（<1Hz）卻仍未實(shí)現(xiàn)良好的控制。這是因?yàn)镻MSM無(wú)速度傳感器矢量控制需要利用反電勢(shì)，而反電勢(shì)在極低速時(shí)很小，受電機(jī)參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)極低速以及零速的無(wú)速度傳感器矢量控制。
為了實(shí)現(xiàn)極低速段的PMSM無(wú)速度傳感器控制，研究人員提出了各種控制方法。其中研究較多的是高頻信號(hào)注入法，利用注入的高頻定子電壓信號(hào)產(chǎn)生的電流響應(yīng)來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置[1]-[7]。這些基于高頻信號(hào)注入的方法都利用了PMSM的非理想特性，如電磁凸極和飽和效應(yīng)等。所以，這些方法適用于具有轉(zhuǎn)子凸極的內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)（IPMSM），而對(duì)表面式永磁同步電機(jī)（SPMSM）的控制效果不明顯。
本文介紹了一種低頻信號(hào)注入法[8]，并搭建了仿真模型，實(shí)現(xiàn)了極低速段及零速區(qū)的SPMSM無(wú)速度傳感器控制。該方法通過(guò)注入低頻d軸定子電流信號(hào)，利用產(chǎn)生的反電勢(shì)響應(yīng)估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，僅利用PMSM的基波模型，不依賴(lài)于各種非理想特性，所以適用于SPMSM控制。本文進(jìn)行了大量的仿真并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，不僅證明了該方法的有效性，還提出了需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題和方向。
2 PMSM數(shù)學(xué)模型
從上述仿真結(jié)果可以看出，本文的低頻信號(hào)注入法可以實(shí)現(xiàn)極低速段甚至零速區(qū)的SPMSM無(wú)速度傳感器矢量控制，并且穩(wěn)態(tài)誤差較小，穩(wěn)態(tài)性能較好。但也存在一些問(wèn)題。從仿真結(jié)果中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速或負(fù)載突變時(shí)，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)較大，同時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也稍顯緩慢。因此，為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小脈動(dòng)，需要進(jìn)一步研究將本文的低頻信號(hào)注入法與更高級(jí)的觀(guān)測(cè)器相結(jié)合，以提高極低速段SPMSM的控制性能。
5 結(jié)論
本文介紹了一種基于低頻信號(hào)注入法的極低速段永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制方法。經(jīng)過(guò)理論分析及仿真驗(yàn)證，該方法不依賴(lài)永磁同步電機(jī)的非理想特性，僅由基波模型即可得到，因此不僅適用于內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)，還適用于不具有凸極的表面式永磁同步電機(jī)。與基于高頻信號(hào)注入的方法相比，具有更廣泛的適用性。但如何加快其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度以及減小動(dòng)態(tài)過(guò)程中較大的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，需要繼續(xù)深入研究。
5 結(jié)論
本文介紹了一種基于低頻信號(hào)注入法的極低速段永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制方法。經(jīng)過(guò)理論分析及仿真驗(yàn)證，該方法不依賴(lài)永磁同步電機(jī)的非理想特性，僅由基波模型即可得到，因此不僅適用于內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)，還適用于不具有凸極的表面式永磁同步電機(jī)。與基于高頻信號(hào)注入的方法相比，具有更廣泛的適用性。但如何加快其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度以及減小動(dòng)態(tài)過(guò)程中較大的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，需要繼續(xù)深入研究。
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