基于低频信号注入法实现表面式永磁同步电机的无速度传感器控制

1、引言

近年来，永磁同步电机（PMSM）的无速度传感器矢量控制成为研究热点。目前，PMSM无速度传感器矢量控制在中高速段已获得良好的控制性能，但在极低速段（《1Hz）却仍未实现良好的控制。这是因为PMSM无速度传感器矢量控制需要利用反电势，而反电势在极低速时很小，受电机参数变化影响较大，导致控制性能降低，无法实现极低速以及零速的无速度传感器矢量控制。

为了实现极低速段的PMSM无速度传感器控制，研究人员提出了各种控制方法。其中研究较多的是高频信号注入法，利用注入的高频定子电压信号产生的电流响应来估计转子位置。这些基于高频信号注入的方法都利用了PMSM的非理想特性，如电磁凸极和饱和效应等。所以，这些方法适用于具有转子凸极的内埋式永磁同步电机（IPMSM），而对表面式永磁同步电机（SPMSM）的控制效果不明显。

本文介绍了一种低频信号注入法，并搭建了仿真模型，实现了极低速段及零速区的SPMSM无速度传感器控制。该方法通过注入低频d轴定子电流信号，利用产生的反电势响应估计电机转速，仅利用PMSM的基波模型，不依赖于各种非理想特性，所以适用于SPMSM控制。本文进行了大量的仿真并对仿真结果进行了分析，不仅证明了该方法的有效性，还提出了需要进一步研究的问题和方向。

2、PMSM数学模型

从上述仿真结果可以看出，本文的低频信号注入法可以实现极低速段甚至零速区的SPMSM无速度传感器矢量控制，并且稳态误差较小，稳态性能较好。但也存在一些问题。从仿真结果中可以看出，当转速或负载突变时，转速脉动较大，同时系统的动态响应速度也稍显缓慢。因此，为了提高系统的动态响应速度，减小脉动，需要进一步研究将本文的低频信号注入法与更高级的观测器相结合，以提高极低速段SPMSM的控制性能。

5、结论

本文介绍了一种基于低频信号注入法的极低速段永磁同步电机无速度传感器矢量控制方法。经过理论分析及仿真验证，该方法不依赖永磁同步电机的非理想特性，仅由基波模型即可得到，因此不仅适用于内埋式永磁同步电机，还适用于不具有凸极的表面式永磁同步电机。与基于高频信号注入的方法相比，具有更广泛的适用性。但如何加快其动态响应速度以及减小动态过程中较大的转速及转矩脉动，需要继续深入研究。

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