寿利宾, 袁登科

(同济大学 电气工程系，上海 201804)

0 引 言

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchro-nous Motor, PMSM)由于高效率、高功率密度和更好的动态响应等优点在现代电力传动系统应用越来越广泛[1]。在高性能的PMSM控制系统中，转子位置信息至关重要。使用位置传感器可获得转子位置信息，但是却带来成本上升、可靠性降低、在某些场合无法安装等问题[2]。

传统的无传感器控制技术基于基频模型或者观测器方法在电机高速时能满足需求，但在低速时由于反电势很小而难以实现。此外，此类方法严重依赖电机参数，而电机参数在不同运行状态下会发生变化。如何检测电机在低速甚至是零速下的转子位置信息成为当今无位置传感器控制技术的研究热点[3]。

本文对内置式PMSM(Interior PMSM, IPMSM)结构进行了分析，详细分析了转子位置估算方法，搭建了MATLAB仿真模型，给出了估算结构。

1 高频信号注入无传感器控制原理

目前主要存在的高频信号注入方式如下： (1) 在静止两相α、β坐标系下注入旋转信号。(2) 在旋转d、q坐标下注入脉振信号。(3) 在旋转d、q坐标下注入旋转信号。本文采用第一种方法，在电机基波电压上叠加一个高频旋转电压信号uαβ。转子位置信息可以从高频响应电流分量中提取出来。

注入的高频电压载波信号如下：

(1)

式中：uh——uαβ的幅值；

ωh——uαβ的高频角频率。

电机在d、q坐标系下的磁链数学模型为

(2)

通过坐标变换变成两相静止坐标系，转子的磁极位置为

(3)

式中：θ——转子旋转凸极(d轴)与A轴(α轴)的夹角。

简化得定子磁链在α、β坐标系下的矢量方程为