徐大利

摘要：以永磁同步電動機（PMSM）為研究對象，基于脈振高頻電壓信號注入技術(shù)和改進卡爾曼濾波技術(shù)，本文提出了一種新的PMSM無傳感器控制系統(tǒng)。具體方法是，注入將脈振高頻電壓信號注入同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸，從高頻載波電流中通過空間凸極跟蹤技術(shù)提取轉(zhuǎn)子位置估計誤差信號，轉(zhuǎn)速和位置估計信息通過改進卡爾曼濾波器處理得到。仿真實驗結(jié)果表明，這種方法可以實現(xiàn)PMSM的調(diào)速控制。

關(guān)鍵詞：PMSM;高頻電壓信號;改進卡爾曼濾波

0? 引言

PMSM無傳感器控制技術(shù)逐漸稱為研究熱點。高頻電壓注入法[1-2]利用電機凸極性對高頻電流波形的影響來分析得出轉(zhuǎn)子的位置信號，從而估算出轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子位置估計器通常由PI調(diào)節(jié)控制實現(xiàn)，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)非常敏感，整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)是實現(xiàn)該方法應(yīng)用的關(guān)鍵[3]。應(yīng)用卡爾曼濾波器對位置誤差信號處理可以避免PI調(diào)節(jié)方法的缺點且可以獲得良好的靜、動態(tài)性能。

1? 基于脈振高頻電壓信號注入與卡爾曼濾波的PMSM無傳感器控制系統(tǒng)

1.1 脈振高頻電壓信號注入法原理

在估計的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻正弦電壓信號。

當(dāng)注入的電壓信號頻率遠遠大于電動機的轉(zhuǎn)動角頻率，PMSM就是一個的R-L電路模型，則電壓方程為：

2? 系統(tǒng)實驗結(jié)果及分析

基于對原理的分析，Matlab建立仿真模型如圖1所示。電機仿真實驗控制方案采用id=0的速度、電流雙閉環(huán)矢量控制。

電機參數(shù)為：定子電阻RS=0.618？贅，直軸電感Ld=0.007418H，交軸電感Lq=0.012285H，轉(zhuǎn)子磁鏈？鬃f=0.1128Wb，轉(zhuǎn)動慣量J=5.59×10-4kg·m2，極對數(shù)Pn=2。仿真實驗如下所示：

實驗給定初始速度為n=200r/min，0.05s速度升至400r/min。（圖2）

電動機啟動階段，轉(zhuǎn)子位置估算誤差較大，但是經(jīng)過一個周期后，轉(zhuǎn)子估算位置幾乎與轉(zhuǎn)子實際位置一致，可見，這種算法可以較好的估算轉(zhuǎn)子位置，電動機起始估算速度和速度突變時的估算速度有誤差，單隨著系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，估算速度曲線幾乎與真實速度曲線重合，說明速度這種算法可以很好的實現(xiàn)速度估算。

實驗結(jié)果表明，電機啟動階段，轉(zhuǎn)子位置和速度估計有較大偏差，但最終系統(tǒng)可以達到穩(wěn)定運行。

3? 結(jié)語

基于脈振高頻電壓信號注入技術(shù)和改進卡爾曼濾波技術(shù)，本文提出了一種新的PMSM無傳感器控制系統(tǒng)。經(jīng)過理論分析和仿真實驗驗證，該方法不依賴電機參數(shù)，可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子位置和速度的估計，具有良好的性能。

參考文獻：

[1]Jang Ji-Hoon， Sul Seung-Ki. Sensorless Drive of SMPM Motor by High Frequency Signal Injection [J]. IEEE Trans. on Ind. Appl， 2012 39（4）： 1031-1038.

[2]Ha Ji， Sul SK， Park M H. Position Controlled Interior Permanent Magnet Motor Without any Rotational Transducer [C] Proc of IEEE 2K， 2013： 396-399.

[3]Wang Limei， Guo Qingding， Lorenz R D. Sensorless Control of? Permanent Magnet Synchronous Motor[C] Proceedings of Power Electronics and Motion Control Conference. 2013： 186-190.

[4]李長明，王傳奎，魏利勝.基于卡爾曼濾波的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置估算方法研究[J].綏化學(xué)院學(xué)報，2019.