馬媛媛

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100）

永磁同步電機(jī)(PMSM)在構(gòu)造、穩(wěn)定性和效率很多方面優(yōu)勢(shì)明顯，但定向磁場(chǎng)的方式往往是通過在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)傳感器，提高系統(tǒng)的成本同時(shí)，尤其還影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和維護(hù)性?；诖?，本文提出的方案旨在實(shí)現(xiàn)PMSM的無傳感器控制。

永磁同步電機(jī)先前的無傳感器控制其轉(zhuǎn)子角度估算的方法主要有兩種：一種是基于反電動(dòng)勢(shì)的估算方法，通過估算反電動(dòng)勢(shì)推算出轉(zhuǎn)子的位置；另一類是通過高頻信號(hào)注入的方法，在永磁同步電機(jī)定子繞組中注入特定的高頻電壓信號(hào)，然后檢測(cè)電機(jī)中對(duì)應(yīng)的電流反饋信號(hào)來確定轉(zhuǎn)子位置，利用電機(jī)的凸極性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估算，對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感，具有較好的低速性能。

本文提出了一種基于向定向繞組注入方波信號(hào)估算轉(zhuǎn)子位置的控制方案，以提高整體的計(jì)算性能。采用高頻正弦波方式，因?yàn)檗D(zhuǎn)子位置很難精確地估計(jì)。隨著全新信號(hào)估算器的使用，當(dāng)滿足給定要求時(shí)，即可以實(shí)現(xiàn)無傳感器的PMSM控制。

1 創(chuàng)設(shè)PMSM數(shù)學(xué)模型（高頻的信號(hào)激勵(lì)）

永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下所示：假定在定子α-β靜態(tài)參考系下：

經(jīng)過采樣離散化以后，數(shù)學(xué)模型變?yōu)椋?/p>

ΣL 和 ΔL是電機(jī)dq軸電感的平均值和差值。電感變化和轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，θerr是估算同步坐標(biāo)系和實(shí)際同步坐標(biāo)系之間的位置誤差。

2 注入信號(hào)的選擇

在本文中通過注入高頻方波電壓信號(hào)去獲得與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的高頻電流信號(hào)。由于d軸磁通不會(huì)影響轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，所以本設(shè)計(jì)中往d軸方向上注入方波信號(hào)。

定子電流變化量為：

上式中如果假定 θerr≈ 0 ， ΣL ＞＞ ΔL，那么可知，如果轉(zhuǎn)子位置估算誤差足夠小，那么sin(2θerr)≈2θerr。

即轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值收斂到轉(zhuǎn)子位置的真實(shí)值。從式（9）中可以看出從q軸高頻電流反饋中包含了角度信息。

注入電壓信號(hào)與實(shí)際電流信號(hào)波形如圖1。

圖1 注入信號(hào)和反饋信號(hào)波形

在本文中，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于軟件鎖相環(huán)的位置估算器，估算位置和轉(zhuǎn)速信息。軟件PLL計(jì)算量小，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的電機(jī)控制領(lǐng)域非常適用，基于方波信號(hào)注入的傳感器控制系統(tǒng)在原有FOC控制的基礎(chǔ)上增加了高頻注入模塊和高頻信號(hào)解算模塊。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證采用高頻方波電壓信號(hào)注入法估計(jì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的可行性與有效性，針對(duì)一臺(tái)IPMSM進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用STM32F103來實(shí)現(xiàn)方波高頻電壓信號(hào)注入的PMSM無傳感器的控制。3000線光電編碼器安裝在電機(jī)后端，用于評(píng)估本設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算的效果。開關(guān)頻率為10KHz，方波信號(hào)的幅值為60V，頻率為625Hz。

4 結(jié)語

本文提出了一種采用注入方波電壓信號(hào)去獲取轉(zhuǎn)子位置的方式，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，這種控制方式在電機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，相比傳統(tǒng)的基于反電動(dòng)勢(shì)估算的方式，具有較好的動(dòng)態(tài)性能以及較強(qiáng)的魯棒性。這種方波電壓信號(hào)注入的無傳感器控制方式可以與基于反電動(dòng)勢(shì)估算相結(jié)合，在整個(gè)速度范圍內(nèi)獲取更好的PMSM無傳感器控制性能。

[1]徐艷平，王海垠，鐘彥儒?；诿}振高頻信號(hào)注入法的PMSM無傳感器控制[J]. 電氣傳動(dòng) 2009, 39(1) 11-14.

[2]K. Iizuka, H. Uzuhashi, M. Kano, T. Endo, and K. Mori,“Microcom-puter control for sensorless brushless motor,” IEEE Trans. Ind. Applicat. ,vol. IA-21, pp. 595–601, May/June 1985.

[3]S. Ogasawara and H. Akagi, “An approach to position sensorless drive for brushless dc motors,” IEEE Trans. Ind. Applicat. , vol.27, pp.928–933, Sept./Oct. 1991.

[4]李永東. 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.