徐大利

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

關(guān)鍵詞：PMSM;高頻電壓信號(hào);改進(jìn)卡爾曼濾波

0? 引言

PMSM無(wú)傳感器控制技術(shù)逐漸稱為研究熱點(diǎn)。高頻電壓注入法[1-2]利用電機(jī)凸極性對(duì)高頻電流波形的影響來(lái)分析得出轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，從而估算出轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子位置估計(jì)器通常由PI調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)，對(duì)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(shí)現(xiàn)該方法應(yīng)用的關(guān)鍵[3]。應(yīng)用卡爾曼濾波器對(duì)位置誤差信號(hào)處理可以避免PI調(diào)節(jié)方法的缺點(diǎn)且可以獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。

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

1.1 脈振高頻電壓信號(hào)注入法原理

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

當(dāng)注入的電壓信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率，PMSM就是一個(gè)的R-L電路模型，則電壓方程為：

2? 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

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

電機(jī)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(dòng)慣量J=5.59×10-4kg·m2，極對(duì)數(shù)Pn=2。仿真實(shí)驗(yàn)如下所示：

實(shí)驗(yàn)給定初始速度為n=200r/min，0.05s速度升至400r/min。（圖2）

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段，轉(zhuǎn)子位置估算誤差較大，但是經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，轉(zhuǎn)子估算位置幾乎與轉(zhuǎn)子實(shí)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(dòng)機(jī)起始估算速度和速度突變時(shí)的估算速度有誤差，單隨著系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，估算速度曲線幾乎與真實(shí)速度曲線重合，說(shuō)明速度這種算法可以很好的實(shí)現(xiàn)速度估算。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電機(jī)啟動(dòng)階段，轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)有較大偏差，但最終系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。

3? 結(jié)語(yǔ)

基于脈振高頻電壓信號(hào)注入技術(shù)和改進(jìn)卡爾曼濾波技術(shù)，本文提出了一種新的PMSM無(wú)傳感器控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法不依賴電機(jī)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的估計(jì)，具有良好的性能。

參考文獻(xiàn)：

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