永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制綜述

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1、萬方數(shù)據(jù)El，ECTRICDR]VE2009V01．39No．9電氣傳動2009年第39卷第9期永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制綜述李永東，朱昊(清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京100084)摘要：永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制系統(tǒng)，通過測量電機(jī)定子側(cè)電流和端電壓算出轉(zhuǎn)子位置，替代了傳統(tǒng)的機(jī)械位置傳感器，系統(tǒng)成本低、可靠性較高。轉(zhuǎn)子位置可由開環(huán)算法或通過閉環(huán)觀測器觀測得到。利用電機(jī)的非理想特性來提取轉(zhuǎn)子位置信息，進(jìn)一步將無速度傳感器控制的范圍擴(kuò)展到低速甚至零速。對永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制策略進(jìn)行分類，詳細(xì)介紹了各種速度觀測方法，并比較了

2、它們的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無速度傳感器控制；綜述中圖分類號：TM35l文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AOverviewofSensorlessControlofPermanentMagnetSyncoronousMotorsLIYong-dong。ZHUHao(DepartmentofElectricalEngineering，TsinghuaUniversity，BeOing100084，China)Abstract：Toachievesensorlesscontrolofpermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM

3、)，informationontherotorspeedisextractedfrommeasuredstatorcurrentsandfromvoltagesatmotorterminals．Traditionalmechanicalpositionsensorisreplaced，andthisresultsinalowcostandhighreliablesystem．Open·loopesti—matorsorclosed—loopobserversareusedformotorpositionestimation．Byexploi

4、tingthenon—idealpropertyofmotortOacquirepositioninformation，sensorlesscontrolisextendedtolowspeedrangeevenincludingzero．AreviewoftheliteratureaddressingPMSMsensorlesscontrolwasprovided．Theadvantagesanddisadvantagesofdifferentsensorlessmethodswerediscussedindetails．Keywords

5、：permanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)；sensorlesscontrol；overview1引言近年來，永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為交流調(diào)速傳動領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)(PMSM)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小，重量輕；損耗小、效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。和直流電機(jī)相比，它沒有機(jī)械換向器和電刷；與異步電機(jī)相比，它不需要無功勵磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子電阻損耗小，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沒有轉(zhuǎn)子電阻損耗，效率高，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、定轉(zhuǎn)子氣隙大、控制性能好。永

6、磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的速度和位置控制，在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人等高精度、高動態(tài)性能以及體積小的伺服驅(qū)動應(yīng)用場合，PMSM數(shù)字控制系統(tǒng)逐漸成為主流。在高性能永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中，一般需要在轉(zhuǎn)子軸上安裝機(jī)械式傳感器，測量電機(jī)的速度和位置，以實(shí)現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)速和位置閉環(huán)控制。傳統(tǒng)的檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁極位置的方法多采用光電編碼器或者旋轉(zhuǎn)變壓器等機(jī)械傳感器。這些機(jī)械傳感器在實(shí)際應(yīng)用中存在許多問題：高精度、高響應(yīng)的速度和位置傳感器的成本較高；機(jī)械傳感器在安裝時可能出現(xiàn)同心度問題，與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)偏差；機(jī)械傳感器的使用增加

7、了系統(tǒng)的控制接口和接線，降低了系統(tǒng)的可靠性；傳感器易受環(huán)境影響，在惡劣環(huán)境中性能不穩(wěn)定。為了解決這一問題，需要研究永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方案，國內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，提出了各種解決方案。永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方法大體可以分為3類：一類是基于電機(jī)理想模型的開環(huán)計算方法；另一類是基于各種觀測器模型的閉環(huán)算法；最后是以高頻注入法為典型代表的基于電機(jī)非理想特性的算法。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場合，本文將對這些控制算法進(jìn)行詳細(xì)介紹。作者簡介：李永東(1962一)，男，博士，教授，Email：liyd@mail．t

8、singhua．edu．ca3萬方數(shù)據(jù)電氣傳動2009年第39卷第9期李永東．等：永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制綜述2控制方法分類及介紹2．1基于電機(jī)數(shù)學(xué)模型的開環(huán)算法最早的永磁同