劉 利，李廣林，劉 超，劉 佳，曹 靜，謝 宇，胡志遠(yuǎn)

(首鋼智新遷安電磁材料有限公司，遷安 064400)

0 引 言

永磁同步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、高效率和高功率密度的特點(diǎn)在電氣驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用[1-2]。永磁同步電機(jī)無(wú)論是在起動(dòng)時(shí)或是對(duì)其精確控制過(guò)程中，都需要獲取精確的轉(zhuǎn)子位置，使用編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等設(shè)備獲取初始位置的傳統(tǒng)方法不僅增加了系統(tǒng)的成本，也降低了裝置的可靠性，限制了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用[3]。鑒于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法的限制，研究人員提出利用電機(jī)控制系統(tǒng)本身裝置及其電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的方法，并成為轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)研究的熱點(diǎn)方向。

在辨識(shí)轉(zhuǎn)子位置過(guò)程中，根據(jù)轉(zhuǎn)子是否發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將辨識(shí)方法分為轉(zhuǎn)動(dòng)辨識(shí)方法和靜止辨識(shí)方法。其中轉(zhuǎn)動(dòng)辨識(shí)方法是對(duì)電機(jī)施加固定方向的激勵(lì)信號(hào)，利用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至固定位置，該種方法主要有轉(zhuǎn)子預(yù)定位方法[4]和低頻旋轉(zhuǎn)信號(hào)注入方法[5-6]等；靜止辨識(shí)方法則是對(duì)電機(jī)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解析，追蹤響應(yīng)信號(hào)與轉(zhuǎn)子初始位置間的關(guān)系，從而獲取其中包含的轉(zhuǎn)子位置信息，該類方法主要有脈沖電壓方法[7-9]、旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)方法[10-13]和脈振高頻信號(hào)方法[14-16]、非正弦高頻信號(hào)法[17-20]等。

大多數(shù)轉(zhuǎn)子初始位置辨識(shí)方法分為兩個(gè)步驟，第一步辨識(shí)轉(zhuǎn)子軸線位置，第二步辨識(shí)轉(zhuǎn)子磁極極性。在磁極極性辨識(shí)方法中，脈沖電壓法和響應(yīng)電流幅值法應(yīng)用廣泛，也有相關(guān)學(xué)者提出利用響應(yīng)電流二次諧波進(jìn)行極性辨識(shí)的方法。本文結(jié)合近幾年研究成果，將在轉(zhuǎn)子軸線位置辨識(shí)和磁極極性辨識(shí)兩個(gè)方面，對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置辨識(shí)方法的研究情況作出介紹。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)辨識(shí)方法

1.1 轉(zhuǎn)子預(yù)定位法

當(dāng)向電機(jī)定子中注入固定方向的電壓信號(hào)時(shí)，會(huì)在定子中沿著注入信號(hào)方向形成定子磁勢(shì)，該定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子永磁體形成的沿著轉(zhuǎn)子直軸方向的磁勢(shì)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩表示：

Te=KFsFrsinθsr。

(1)

式中:Te表示電磁轉(zhuǎn)矩；K為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；Fs為定子磁勢(shì)；Fr為轉(zhuǎn)子磁勢(shì)；θsr為注入信號(hào)方向與轉(zhuǎn)子直軸方向夾角。產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檠刂D(zhuǎn)子直軸的切線方向指向注入信號(hào)方向，該轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子向注入信號(hào)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)方向重合，從而完成轉(zhuǎn)子位置的定位辨識(shí)。

轉(zhuǎn)子預(yù)定位辨識(shí)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是精度較低，無(wú)法滿足高性能控制系統(tǒng)的需求，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，諸多因素會(huì)對(duì)該方法的辨識(shí)精度產(chǎn)生影響。主要有：

1) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受摩擦力的影響，尤其是在轉(zhuǎn)子直軸方向和信號(hào)注入方向相接近時(shí)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小，受摩擦力影響大，當(dāng)轉(zhuǎn)矩和摩擦力達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子靜止，此時(shí)轉(zhuǎn)子直軸方向與信號(hào)注入方向存在誤差；

2) 電機(jī)與負(fù)載連接時(shí)會(huì)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同時(shí)，辨識(shí)角度大于實(shí)際角度；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，辨識(shí)角度小于實(shí)際角度，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，誤差越大。

3) 由于電機(jī)定子齒槽造成電機(jī)磁阻不均勻現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生電機(jī)定位轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩使得在辨識(shí)轉(zhuǎn)子位置過(guò)程后，辨識(shí)角度與實(shí)際角度間仍有一個(gè)角度差值，用來(lái)平衡定位轉(zhuǎn)矩，造成辨識(shí)誤差。

由于注入信號(hào)的方向是隨機(jī)的，當(dāng)沿著轉(zhuǎn)子實(shí)際位置附近的反方向注入電壓信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子形成的電磁轉(zhuǎn)矩近似為0，在摩擦力、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和定位轉(zhuǎn)矩等作用下，轉(zhuǎn)子處于不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)而保持靜止，此時(shí)的信號(hào)注入方向并非為轉(zhuǎn)子實(shí)際位置方向，從而造成辨識(shí)失敗。為了應(yīng)對(duì)這種情況，文獻(xiàn)[21]提出分三次向電機(jī)定子繞組中施加電壓信號(hào)，每個(gè)信號(hào)相差120°電角度的方法，該方法能夠有效避免注入信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置方向相反造成的辨識(shí)失敗問(wèn)題，提高了辨識(shí)的可靠性，但是也存在辨識(shí)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

1.2 低頻旋轉(zhuǎn)信號(hào)法

低頻旋轉(zhuǎn)信號(hào)辨識(shí)方法是通過(guò)向定子繞組中注入低頻電壓信號(hào)使電機(jī)產(chǎn)生微動(dòng)，利用微動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電流矢量和轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，計(jì)算出轉(zhuǎn)子的位置信息。

當(dāng)向電機(jī)定子繞組中注入極低頻率的旋轉(zhuǎn)電壓信號(hào)時(shí)，電機(jī)電壓方程中電感壓降可以忽略不計(jì)，電阻壓降則不能忽略，此時(shí)電壓方程表示：

(2)

式中:ωe為轉(zhuǎn)子電角速度；ψf為永磁體磁鏈。注入的低頻信號(hào)表示：

udq=Uampej(ω-θe)

(3)

式中：Uamp為注入電壓幅值；ω為注入旋轉(zhuǎn)電壓角速度；θe為轉(zhuǎn)子初始位置角度。當(dāng)注入信號(hào)的頻率足夠低時(shí)，d軸壓降主要為電阻產(chǎn)生，q軸壓降則主要是反電動(dòng)勢(shì)，將響應(yīng)電流變換到αβ坐標(biāo)系中的形式[22]：

(4)

式中:IA-d，IB-q分別為d、q軸電流響應(yīng)幅值。由式(4)可知，響應(yīng)電流中包含轉(zhuǎn)子位置信息θe，為了分離轉(zhuǎn)子位置信息，對(duì)式(4)左右同乘ejωt，得到：

(5)

式(5)中，由注入信號(hào)頻率2倍頻率的周期分量和包含轉(zhuǎn)子位置信息的常值分量構(gòu)成，為了得到轉(zhuǎn)子位置信息，對(duì)式(5)進(jìn)行傅里葉分析運(yùn)算提取常值分量：

(6)

再對(duì)式(6)進(jìn)行反正切運(yùn)算，即可得到轉(zhuǎn)子初始位置角。

由于該種方法在辨識(shí)過(guò)程中電機(jī)會(huì)發(fā)生微動(dòng)，因此對(duì)電機(jī)的工作環(huán)境有一定的要求，當(dāng)電機(jī)連接負(fù)載時(shí)將無(wú)法完成辨識(shí)過(guò)程，同時(shí)還存在對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴性高，當(dāng)辨識(shí)位置與實(shí)際位置相接近時(shí)準(zhǔn)確度降低等問(wèn)題。

2 靜止辨識(shí)方法

2.1 脈沖電壓法

脈沖電壓法是向電機(jī)定子中注入一系列電壓脈沖信號(hào)，該信號(hào)具有相同的幅值，沿正反兩個(gè)方向分別注入，利用永磁體直軸方向的磁路飽和狀態(tài)和磁導(dǎo)率均與其它位置不同，導(dǎo)致在不同方向注入脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)電流中包含轉(zhuǎn)子位置信息。

當(dāng)轉(zhuǎn)子位置θ為±π/2時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁體磁路和A相繞組軸線正交，轉(zhuǎn)子在繞組上的磁通分量為0，繞組飽和度最小，電感值最大；當(dāng)θ為0時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和A相繞組磁動(dòng)勢(shì)方向相同，造成A相磁路飽和程度最大，電感值最??；當(dāng)θ為π時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和A相繞組磁動(dòng)勢(shì)方向相反，去磁效果使得磁路飽和程度降低，電感值較θ為0時(shí)電感稍大?；陔姼械娘柡托?yīng)，造成電感值隨轉(zhuǎn)子位置呈現(xiàn)近似正弦變化規(guī)律。分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置位于0和π時(shí)，其對(duì)應(yīng)電感差值最大。

文獻(xiàn)[23]通過(guò)控制功率管的通斷使電機(jī)兩相導(dǎo)通，非導(dǎo)通相懸空的方法向電機(jī)中注入高頻低壓脈沖信號(hào)，利用RL電路電流響應(yīng)原理辨識(shí)線電感值，再將線電感通過(guò)Clarke變換轉(zhuǎn)換到αβ坐標(biāo)系中，其電感形式：

(7)

式中:Lg2為自感二次諧波幅值。利用反正切運(yùn)算可以得到轉(zhuǎn)子軸線位置。

文獻(xiàn)[24]利用轉(zhuǎn)子在不同位置所對(duì)應(yīng)的電感差值不同的原理，分別向繞組中沿著正反兩個(gè)方向注入一系列幅值相同的電壓脈沖，利用響應(yīng)電流幅值的大小判斷轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)注入正反方向電壓矢量對(duì)應(yīng)的電流幅值差值最大時(shí)，該電壓矢量對(duì)應(yīng)位置即為轉(zhuǎn)子軸線位置。為了提高轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)可靠性，文獻(xiàn)[25]提出等寬電壓脈沖和電壓矢量判斷相結(jié)合的方法來(lái)提高轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)的可靠性。該方法將電壓矢量判斷得到電壓矢量與等寬電壓脈沖區(qū)域比較，如果電壓矢量在區(qū)域內(nèi)，即表明該矢量對(duì)應(yīng)的角度位于轉(zhuǎn)子磁極位置附近。

2.2 旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)法

高頻信號(hào)法是向電機(jī)繞組中注入高頻信號(hào)，利用電機(jī)的凸極特性，在電流響應(yīng)中分離出轉(zhuǎn)子位置信息[26-28]。高頻信號(hào)法可以分為旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)法[29]和脈振高頻信號(hào)法[30]，這兩種方法是以高頻信號(hào)注入軸系的不同進(jìn)行區(qū)分。

旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)法原理是向電機(jī)的靜止坐標(biāo)系α，β中注入三相對(duì)稱的高頻電壓信號(hào)，為了找出響應(yīng)電流信號(hào)與轉(zhuǎn)子初始位置間的關(guān)系，對(duì)響應(yīng)高頻電流信號(hào)進(jìn)行采樣和信號(hào)處理。設(shè)定注入的高頻信號(hào)形式：

(8)

式中：uαh，uβh表示在兩相靜止坐標(biāo)系中的高頻電壓信號(hào)；Uh，ωh分別為注入的高頻電壓信號(hào)的幅值和頻率。將注入信號(hào)式(8)代入電機(jī)電壓方程中并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到兩相靜止坐標(biāo)系中響應(yīng)高頻電流信號(hào)形式：

(9)

式中：L0=(Ld+Lq)/2為均值電感；L1=(Lq-Ld)/2為差值電感；θe為轉(zhuǎn)子實(shí)際位置。將上式轉(zhuǎn)換為矢量形式：

(10)

由式(10)可知，響應(yīng)電流的負(fù)序分量中包含轉(zhuǎn)子位置信息θe，在提取θe時(shí)可以利用同步旋轉(zhuǎn)濾波器獲取負(fù)序分量，利用低通濾波器濾除負(fù)序分量中的高頻量，再對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行反正切運(yùn)算，最終得到轉(zhuǎn)子磁極位置。

高頻旋轉(zhuǎn)信號(hào)法利用了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)凸極特性對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行辨識(shí)，因此該方法不適用于表貼式結(jié)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)。該方法辨識(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，但是也存在精度差、辨識(shí)結(jié)果受數(shù)字控制采樣和計(jì)算延時(shí)等因素的影響，由于帶通和低通濾波器產(chǎn)生的系統(tǒng)相移的影響，辨識(shí)結(jié)果會(huì)小于實(shí)際值。針對(duì)這些問(wèn)題，文獻(xiàn)[31]利用影響辨識(shí)精度的因素在正序和負(fù)序信號(hào)中的相關(guān)性，通過(guò)提取正序信號(hào)中的相位偏差，對(duì)負(fù)序信號(hào)中的相位差進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高辨識(shí)精度。將濾波器對(duì)辨識(shí)結(jié)果產(chǎn)生的誤差用角度α表示，將數(shù)字控制過(guò)程中產(chǎn)生的影響誤差用角度β表示，則考慮兩種誤差時(shí)的高頻響應(yīng)電流信號(hào)應(yīng)為：

(11)

將式(11)中正序分量和負(fù)序分量中的高頻分量分別通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)濾波和低通濾波去除，再利用反正切分別獲得轉(zhuǎn)子軸線位置信息和誤差信息，再將獲取的兩個(gè)信息求和，從而消除誤差的影響，提高辨識(shí)精度。

2.3 脈振高頻信號(hào)法

在估計(jì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中注入的高頻信號(hào)形式：

(12)

(13)

(14)

利用鎖相環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子位置誤差信號(hào)進(jìn)行鎖向，使誤差信號(hào)趨近于0，此時(shí)估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置角即處于轉(zhuǎn)子實(shí)際軸線位置處。信號(hào)處理過(guò)程如圖1所示。

圖1 脈振信號(hào)法信號(hào)處理圖

脈振高頻信號(hào)法具有辨識(shí)精度高，同時(shí)受非線性因素影響小的特點(diǎn)[32]，但是在信號(hào)處理過(guò)程中，濾波環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的幅值和相位產(chǎn)生影響，從而降低辨識(shí)精度。針對(duì)該問(wèn)題，文獻(xiàn)[33]提出一種無(wú)濾波器的高頻脈振信號(hào)辨識(shí)方法。該方法利用估計(jì)直軸中的高頻正弦信號(hào)，消除估計(jì)交軸中的高頻正弦信號(hào)，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信號(hào)，利用鎖相環(huán)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行鎖相處理，使誤差信號(hào)趨近于0，從而得到轉(zhuǎn)子軸線位置的估計(jì)值。該方法去除了濾波環(huán)節(jié)，從而提高辨識(shí)精度。

2.4 非正弦高頻信號(hào)法

(15)

式中:k表示離散采樣時(shí)刻。將方波信號(hào)代入電機(jī)方程中，并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的響應(yīng)電流形式：

(16)

(17)

再利用鎖相環(huán)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行鎖相可以獲取轉(zhuǎn)子磁極位置。

在該方法中，由于鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)子位置過(guò)程中存在不穩(wěn)定零點(diǎn)，會(huì)造成辨識(shí)失敗。針對(duì)這種情況，文獻(xiàn)[34]提出在靜止坐標(biāo)系中注入方波信號(hào)的方法，有效避免了不穩(wěn)定零點(diǎn)造成的辨識(shí)失敗問(wèn)題。

(18)

將高頻三角波進(jìn)行傅里葉分解后得到：

(19)

將上式代入電機(jī)的電壓方程中，得到估計(jì)坐標(biāo)系中的電流響應(yīng)：

(20)

(21)

再利用鎖相環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子位置誤差信號(hào)進(jìn)行鎖相，得到轉(zhuǎn)子位置信息。

比較方波和三角波辨識(shí)方法的信號(hào)處理過(guò)程發(fā)現(xiàn)，兩種方法均采用直接調(diào)制方法，即將響應(yīng)電流與調(diào)制信號(hào)相乘得到位置誤差信號(hào)，再對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行鎖相。該方法避免了濾波環(huán)節(jié)對(duì)辨識(shí)精度的影響，但是也存在調(diào)制后的誤差信號(hào)中疊加高頻毛刺信號(hào)干擾影響辨識(shí)精度的問(wèn)題。

3 磁極極性辨識(shí)

在轉(zhuǎn)子初始位置辨識(shí)方法中，無(wú)論是轉(zhuǎn)子微動(dòng)法、脈沖電壓法或是系列高頻信號(hào)辨識(shí)方法，均無(wú)法辨識(shí)出轉(zhuǎn)子磁極極性，還需要對(duì)磁極極性進(jìn)行辨識(shí)。在磁極極性辨識(shí)方法中，大多是利用磁路飽和特性原理，求出轉(zhuǎn)子軸線位置正反方向的響應(yīng)電流或是等效電感的大小來(lái)進(jìn)行極性判斷。

3.1 等寬脈沖電壓法

在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了能夠充分利用材料性能，通常將磁路設(shè)定在輕微飽和狀態(tài)。當(dāng)繞組中電流形成的磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子d軸正方向同向時(shí)，會(huì)加深磁路飽和，反之會(huì)降低磁路飽和程度。利用磁極飽和效應(yīng)，向辨識(shí)出的轉(zhuǎn)子軸線位置的正反方向分別注入幅值和寬度相等的電壓脈沖，當(dāng)注入方向和磁極方向同向時(shí)，磁路飽和程度加深，電感變小，響應(yīng)電流峰值較大；當(dāng)注入方向和磁極方向相反時(shí)，磁路飽和程度減小，電感增大，響應(yīng)電流峰值較小，利用兩次響應(yīng)電流大小判斷磁極極性。該方法由于需要檢測(cè)電流，提高了對(duì)系統(tǒng)的要求，當(dāng)測(cè)量精度有限時(shí)會(huì)降低準(zhǔn)確性。針對(duì)該問(wèn)題，文獻(xiàn)[36]提出檢測(cè)響應(yīng)電流衰減時(shí)間辨識(shí)磁極極性的方法，有效提高了準(zhǔn)確性。

3.2 響應(yīng)電流二次諧波法

采用脈振高頻信號(hào)法辨識(shí)轉(zhuǎn)子初始位置時(shí)，在響應(yīng)電流的高頻諧波成分中包含了轉(zhuǎn)子磁極極性信息，可以對(duì)響應(yīng)電流的諧波進(jìn)行調(diào)制來(lái)獲得磁極極性。該方法不需要額外注入信號(hào)進(jìn)行磁極極性辨識(shí)，且初始位置辨識(shí)和磁極極性辨識(shí)可以同時(shí)進(jìn)行。

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子初始位置辨識(shí)后，轉(zhuǎn)子軸線位置與實(shí)際位置重合時(shí)，估計(jì)直軸的脈振高頻響應(yīng)電流信號(hào)表示[37]：

λ1cosφh1cos(2ωht)-λ2sin(3ωht)]

(21)

式中:λ0、λ1、λ2分別為基波、一次諧波、二次諧波幅值；φh1為一次諧波中的初始相位角。由式(21)可知，在直流部分和二次諧波部分中均含有磁極信息φh1，而選擇二次諧波部分進(jìn)行辨識(shí)可以去除測(cè)量直流量偏移對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響。

對(duì)響應(yīng)電流按照?qǐng)D2進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，得到解調(diào)后的直流分量信號(hào)：

圖2 信號(hào)處理圖

(22)

3.3 響應(yīng)電流幅值法

在向電機(jī)繞組中注入脈振高頻信號(hào)時(shí)，響應(yīng)電流的幅值可以表示[31]：

(23)

通過(guò)注入直流偏置和高頻脈振的混合信號(hào)，利用直流偏置信號(hào)改變磁路飽和程度對(duì)電感值Ld進(jìn)行改變，使得高頻脈振信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)電流幅值也隨之變化。向初次辨識(shí)方向注入兩次混合信號(hào)，兩次混合信號(hào)中的直流量幅值不同，脈振信號(hào)幅值相同。當(dāng)初次辨識(shí)方向即為轉(zhuǎn)子實(shí)際位置時(shí)，直流偏置信號(hào)使磁路進(jìn)入飽和區(qū)域，電感值隨著偏置電流的增大而減小，此時(shí)幅值大的直流偏置信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)電流幅值也變大；當(dāng)初次辨識(shí)位置位于轉(zhuǎn)子實(shí)際位置的反方向時(shí)，注入的直流偏置信號(hào)使磁路進(jìn)入線性區(qū)，電感值隨著偏置電流的增大而變大，此時(shí)幅值大的直流偏置信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)電流幅值小。通過(guò)比較響應(yīng)電流幅值大小實(shí)現(xiàn)磁極極性辨識(shí)。

該方法在初次辨識(shí)位置與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置相反時(shí)容易出現(xiàn)辨識(shí)失敗的情況。因?yàn)樵诖怕返木€性區(qū)內(nèi)電感值近似定值，兩次直流偏置信號(hào)引起的電感值變化量很小，在疊加信號(hào)采樣誤差等情況下容易出現(xiàn)辨識(shí)失敗情況。為了提高辨識(shí)精度，文獻(xiàn)[32]提出在初次辨識(shí)位置的正反方向分別施加幅值相同的直流偏置和高頻脈振混合信號(hào)，使得在兩次注入過(guò)程中在磁路的飽和區(qū)和線性區(qū)分別有辨識(shí)信號(hào)，增大了兩次信號(hào)引起的電感值的差值，增大響應(yīng)電流信號(hào)幅值的差值，提高了辨識(shí)精度。

4 結(jié) 語(yǔ)

以轉(zhuǎn)子預(yù)定位和低頻旋轉(zhuǎn)信號(hào)方法所代表的轉(zhuǎn)動(dòng)辨識(shí)方法中，其優(yōu)點(diǎn)在于辨識(shí)過(guò)程簡(jiǎn)單，但是存在辨識(shí)精度容易受到摩擦和負(fù)載的影響，該影響在辨識(shí)位置接近轉(zhuǎn)子實(shí)際位置時(shí)尤為明顯，且該方法由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而使得應(yīng)用場(chǎng)景受到限制。

脈沖電壓法理論上可以實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)，且在辨識(shí)過(guò)程中可以將初次位置辨識(shí)和極性辨識(shí)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到減少辨識(shí)時(shí)間和注入信號(hào)次數(shù)的目的。但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)注入脈沖電壓矢量的角度差縮小到一定范圍時(shí)，不同電壓矢量對(duì)應(yīng)的電感差異性降低，且受限于采樣電路精度和干擾的影響，無(wú)法保證辨識(shí)精度。

高頻信號(hào)注入法利用電機(jī)的凸極特性實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)，該方法根據(jù)注入信號(hào)參考軸系的不同而分為旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)法和脈振高頻信號(hào)法。旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法對(duì)電機(jī)參數(shù)敏感性低，且易于工程實(shí)現(xiàn)，但是該方法只適用于有明顯凸極效應(yīng)的內(nèi)嵌式永磁電機(jī)。脈振高頻信號(hào)法則由于可以在定轉(zhuǎn)子氣隙間產(chǎn)生飽和凸極效應(yīng)，因此同樣適用于表貼式永磁同步電機(jī)。由于轉(zhuǎn)子凸極的對(duì)稱性的存在，無(wú)論采取何種方法均需要進(jìn)行磁極極性辨識(shí)[38]。

相比于旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)法和脈振高頻信號(hào)法中注入的正弦信號(hào)而言，注入方波和三角波的非正弦信號(hào)具有更高的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可以提高系統(tǒng)帶寬和簡(jiǎn)化載波分離難度[19]，從而去除了信號(hào)處理過(guò)程中的濾波環(huán)節(jié)，但是該方法會(huì)產(chǎn)生更大的損耗。

隨著永磁同步電機(jī)在高精度控制場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)對(duì)其起動(dòng)速度、控制精度提出的更高要求。通過(guò)比較各種辨識(shí)方法的優(yōu)缺點(diǎn)可知，高頻信號(hào)注入方法因較高的辨識(shí)精度而受到更多的關(guān)注，正朝向提高精度、最優(yōu)化注入信號(hào)、簡(jiǎn)化信號(hào)處理、降低辨識(shí)損耗等多元化方向發(fā)展。