基于信號注入的極低速PMSM無速度傳感器控制
摘要： 近年來，永磁同步電機（PMSM）的無速度傳感器矢量控制成為研究熱點。目前，PMSM無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）卻仍未實現(xiàn)良好的控制。這是因為PMSM無速度傳感器矢量控制需要利用反電勢，而反電勢在極低速時很小，受電機參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無法實現(xiàn)極低速以及零速的無速度傳感器矢量控制。
Abstract：
Key words :
1引言
近年來，永磁同步電機（PMSM）的無速度傳感器矢量控制成為研究熱點。目前，PMSM無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）卻仍未實現(xiàn)良好的控制。這是因為PMSM無速度傳感器矢量控制需要利用反電勢，而反電勢在極低速時很小，受電機參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無法實現(xiàn)極低速以及零速的無速度傳感器矢量控制。
為了實現(xiàn)極低速段的PMSM無速度傳感器控制，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注入法，利用注入的高頻定子電壓信號產(chǎn)生的電流響應(yīng)來估計轉(zhuǎn)子位置[1]-[7]。這些基于高頻信號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（IPMSM），而對表面式永磁同步電機（SPMSM）的控制效果不明顯。
本文介紹了一種低頻信號注入法[8]，并搭建了仿真模型，實現(xiàn)了極低速段及零速區(qū)的SPMSM無速度傳感器控制。該方法通過注入低頻d軸定子電流信號，利用產(chǎn)生的反電勢響應(yīng)估計電機轉(zhuǎn)速，僅利用PMSM的基波模型，不依賴于各種非理想特性，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)一步研究的問題和方向。
2 PMSM數(shù)學(xué)模型
近年來，永磁同步電機（PMSM）的無速度傳感器矢量控制成為研究熱點。目前，PMSM無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）卻仍未實現(xiàn)良好的控制。這是因為PMSM無速度傳感器矢量控制需要利用反電勢，而反電勢在極低速時很小，受電機參數(shù)變化影響較大，導(dǎo)致控制性能降低，無法實現(xiàn)極低速以及零速的無速度傳感器矢量控制。
為了實現(xiàn)極低速段的PMSM無速度傳感器控制，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注入法，利用注入的高頻定子電壓信號產(chǎn)生的電流響應(yīng)來估計轉(zhuǎn)子位置[1]-[7]。這些基于高頻信號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（IPMSM），而對表面式永磁同步電機（SPMSM）的控制效果不明顯。
本文介紹了一種低頻信號注入法[8]，并搭建了仿真模型，實現(xiàn)了極低速段及零速區(qū)的SPMSM無速度傳感器控制。該方法通過注入低頻d軸定子電流信號，利用產(chǎn)生的反電勢響應(yīng)估計電機轉(zhuǎn)速，僅利用PMSM的基波模型，不依賴于各種非理想特性，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，本文的低頻信號注入法可以實現(xiàn)極低速段甚至零速區(qū)的SPMSM無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。但也存在一些問題。從仿真結(jié)果中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速或負(fù)載突變時，轉(zhuǎn)速脈動較大，同時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度也稍顯緩慢。因此，為了提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小脈動，需要進(jìn)一步研究將本文的低頻信號注入法與更高級的觀測器相結(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注入法的極低速段永磁同步電機無速度傳感器矢量控制方法。經(jīng)過理論分析及仿真驗證，該方法不依賴永磁同步電機的非理想特性，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，還適用于不具有凸極的表面式永磁同步電機。與基于高頻信號注入的方法相比，具有更廣泛的適用性。但如何加快其動態(tài)響應(yīng)速度以及減小動態(tài)過程中較大的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩脈動，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注入法的極低速段永磁同步電機無速度傳感器矢量控制方法。經(jīng)過理論分析及仿真驗證，該方法不依賴永磁同步電機的非理想特性，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，還適用于不具有凸極的表面式永磁同步電機。與基于高頻信號注入的方法相比，具有更廣泛的適用性。但如何加快其動態(tài)響應(yīng)速度以及減小動態(tài)過程中較大的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩脈動，需要繼續(xù)深入研究。
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