1、永磁同步电机无位置传感器永磁同步电机无位置传感器 混合控制策略混合控制策略演讲人：演讲人：XX XXX目 录研究的背景和意义研究的主要内容零/低速下的转子位置检测中高速下的转子位置检测总结研究的背景和意义研究的背景和意义 工业上通常用机械式传感器测量转子位工业上通常用机械式传感器测量转子位置来实现永磁电机高精度矢量控制置来实现永磁电机高精度矢量控制,但使用传但使用传感器带来了电机成本、尺寸等问题，而且在高感器带来了电机成本、尺寸等问题，而且在高温高压等环境运行工况不适宜安装传感器。为温高压等环境运行工况不适宜安装传感器。为了改善这个问题，可以通过检测电机定子绕组了改善这个问题，可以通过检测电机
2、定子绕组中的一些电气物理量，如电流、电压等信中的一些电气物理量，如电流、电压等信 息息来估算出转子位置。来估算出转子位置。研究的主要内容研究的主要内容 在在IPMSM双闭环矢量控制系统中，使用双闭环矢量控制系统中，使用旋转高频电压信号注入法与反电动势模型法相旋转高频电压信号注入法与反电动势模型法相结合的无传感器混合控制策略，获得转子位置结合的无传感器混合控制策略，获得转子位置信号，实现调速。信号，实现调速。 研究的对象：内置式永磁同步电（研究的对象：内置式永磁同步电（IPMSM） 控制量：控制量：IPMSM的转速的转速 被控量：被控量：IPMSM的定子电流和电压的定子电流和电压 整体的结构框图
3、整体的结构框图零零/ /低速下转子位置检测低速下转子位置检测- -旋转高频电压信号注入法旋转高频电压信号注入法旋转高频信号注旋转高频信号注入法原理框图入法原理框图 高频信号注入法 (HFIM) 是基于永磁同步电机的凸极效应提出的一种适用于零速和低速下检测电机位置和转速的无速度传感器控制方法，结合优化的矢量控制策略能够实现相当好的调速效果。其中，按照注入信号的性质可以分为电压HFIM和电流HFIM，每种注入信号又可以分为旋转HFIM和脉动HFIM，交叉结合可以形成四种注入方法，每种方法因注入信号的形式不同，对高频响应的处理方法也不同。本次研究的是旋转高频电压注入法检测零/低速下转子位置检测。 (
4、2-1) (2-2)同步轴系滤波器SFF一、 同步轴系滤波器的原理框图二、经过同步轴系滤波器后变换后的电流表达式变换后的电流表达式中包含直流分量和高中包含直流分量和高频分频分 量，而所需的转量，而所需的转子位置信息包含在高子位置信息包含在高频分量中，因此可以频分量中，因此可以通过一个高通滤波器通过一个高通滤波器 将此直流分量滤除将此直流分量滤除最后得最后得到的高到的高频电频电 流流信号再信号再从上述从上述与注入与注入电压同电压同步的参步的参考系中考系中变换回变换回两相相两相相静止坐静止坐标系中标系中 锁相环 (PLL)一、锁相环基本结构图二、基于锁相环的位置观测原理图二、基于锁相环的位置观测原
5、理图 锁相环 (PLL) 也被称为自动相位控制技术，它利用反馈控制来实现对输入信号的跟踪，其基本结构由图下图所示的三部分构成 基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器一、滑膜运动 滑模变结构控制是在状态空间中设计一个特殊的超平面，利滑模变结构控制是在状态空间中设计一个特殊的超平面，利用用不连续的控制规律，来使系统的结构不断的变换，迫使系统在一不连续的控制规律，来使系统的结构不断的变换，迫使系统在一定的条件下沿着规定的状态轨迹作小幅度，高频率的上下运动。定的条件下沿着规定的状态轨迹作小幅度，高频率的上下运动。使系统沿着规定好的超平面向平衡点滑动。使系统沿着规定好的超平面向平衡点滑动。 基于扩展反电动势
6、模型位置滑膜观测器二、基于IPMSM的滑模运动在在-轴系下轴系下，扩展反电动势为，扩展反电动势为，可知扩展，可知扩展反电动势中含有转子位置信息，估算出扩展反电动势的值即可知道转子位置。反电动势中含有转子位置信息，估算出扩展反电动势的值即可知道转子位置。eeEeEecossinextext和在在-轴系下，定子的电流方程为轴系下，定子的电流方程为根据电流方程，即可构造出滑模电流观测器，估算转子位置信息根据电流方程，即可构造出滑模电流观测器，估算转子位置信息。 基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器三、滑模电流观测器 选择电流误差矢量选择电流误差矢量 用于定义滑模面，并通过高频非线性开关用于定义滑模面，
7、并通过高频非线性开关控制迫使电流估计误差的幅值趋于零，从而实现对转子位置角的估计。控制迫使电流估计误差的幅值趋于零，从而实现对转子位置角的估计。 根据电压方程构造定子电流滑膜观测器，根据电压方程构造定子电流滑膜观测器，Is其中其中Z和和Z是控制函数，即是控制函数，即定义滑模面为：定义滑模面为： 基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器 控制的目标是使得电流观测误差为控制的目标是使得电流观测误差为0，此时定子电流的观测值与实，此时定子电流的观测值与实际值相等，而际值相等，而Z和和Z含有反电动势信息。含有反电动势信息。经过锁相环经过锁相环PLL即可跟踪到转子的位置信息。即可跟踪到转子的位置信息。 由于开
8、关切换引入了高频信号，反电动势在一定程度上有一定失真，因此通过低由于开关切换引入了高频信号，反电动势在一定程度上有一定失真，因此通过低通滤波器对结果进行滤波，这样滤波后可以得到扩展反电动势的估计值为通滤波器对结果进行滤波，这样滤波后可以得到扩展反电动势的估计值为 基于扩展反电动势模型位置滑膜观测器四、滑膜观测器结构图 混合观测器切换控制策略 在速度过渡区，采用加权系数法在两种检测方法之间切换，在速度过渡区，采用加权系数法在两种检测方法之间切换，即转子的位置由两者的线性组合作为混合观测器的输出，可即转子的位置由两者的线性组合作为混合观测器的输出，可以表示为以表示为仿真结果 根据仿真的结果，根据仿
9、真的结果，在双闭环的调速系统中在双闭环的调速系统中，高频注入和滑模控制，高频注入和滑模控制能很好的估算出转子的位置信息。能很好的估算出转子的位置信息。总结 优点：无位置传感器控制技术能够有效减小系统的体积、优点：无位置传感器控制技术能够有效减小系统的体积、成本，增加系统可靠性，并可以应用于高温、高湿等恶劣环成本，增加系统可靠性，并可以应用于高温、高湿等恶劣环境场合。境场合。 局限：高频注入在目前资料中主要应用于结构性凹极的局限：高频注入在目前资料中主要应用于结构性凹极的内内 置式永磁同步电机，对于面贴式永磁置式永磁同步电机，对于面贴式永磁同步电机较少涉及，且该常遇到信噪比较低的困难，所以要同步电机较少涉及，且该常遇到信噪比较低的困难，所以要尽量抑制和消除各种噪声。尽量抑制和消除各种噪声。 滑模观测难以消除由逆变器非线性和磁场空间谐滑模观测难以消除由逆变器非线性和磁场空间谐波产生的转子位置误差，难以用于高精度控制系统。波产生的转子位置误差，难以用于高精度控制系统。 谢谢谢谢
