【正文】 磁轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)分量，通過電機(jī)運(yùn)動方程得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速繼而得到位置信息。作為轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號的大小對估計(jì)結(jié)果不會有影響，因?yàn)樗鼈儗D(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器而言，只是起增益作用，而實(shí)際增益在PI調(diào)節(jié)器中是可以調(diào)節(jié)的。式()表明，負(fù)序電流矢量的幅值是否準(zhǔn)確并不重要。對于永磁同步電機(jī)而言，只希望它具有凸極性，但Ld和Lq是否準(zhǔn)確與估計(jì)結(jié)果無關(guān)。但是，如果電機(jī)的凸極性不明顯，那么反映轉(zhuǎn)子凸極位置的信號就很弱，信號噪聲比過低，會影響估計(jì)精度。另外由圖53可知，轉(zhuǎn)子估計(jì)位置角是由轉(zhuǎn)子估計(jì)速度積分得到，積分環(huán)節(jié)就涉及到積分初值的問題，這個(gè)積分初值即為轉(zhuǎn)子的初始位置角。因此利用該法進(jìn)行位置估算時(shí)，需要提前測得轉(zhuǎn)子初始位置角，否則估算結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。轉(zhuǎn)子初始位置準(zhǔn)確檢測是電機(jī)正常起動運(yùn)行的前提，而且由第三章分析可知，在利用旋轉(zhuǎn)高頻注入法時(shí)轉(zhuǎn)子初始位置角θri是準(zhǔn)確估算轉(zhuǎn)子位置的基礎(chǔ)。針對基于常規(guī)的高頻注入法在檢測永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置時(shí)，存在位置估算結(jié)果可能反向的問題，根據(jù)定子鐵心的非線性磁化特性，本文提出了一種轉(zhuǎn)子永磁體N/S極極性判定和轉(zhuǎn)子初始位置檢測的方法。通過對高頻電流負(fù)序分量的分析，提取轉(zhuǎn)子凸極位置信息，并利用旋轉(zhuǎn)電流矢量幅值變化的情況，完成轉(zhuǎn)子永磁體N/S極極性判定，解決了常規(guī)高頻注入法所存在的問題，準(zhǔn)確檢測出轉(zhuǎn)子的初始位置。轉(zhuǎn)子初始位置檢測即是當(dāng)ωr=0時(shí)的轉(zhuǎn)子位置檢測，故也可以采用旋轉(zhuǎn)高頻注入法。，在用旋轉(zhuǎn)高頻注入法檢測轉(zhuǎn)子初始位置時(shí)有幾點(diǎn)說明如下： ①由于ωr=0，故式()變?yōu)? （）上式表明，定子電流矢量同樣可以分解成兩個(gè)分量，一個(gè)是以角速度ωc正向旋轉(zhuǎn)的正序電流矢量ip；另一個(gè)是以角速度－ωc反向旋轉(zhuǎn)的負(fù)序電流矢量in，在負(fù)序電流矢量in中包含有轉(zhuǎn)子凸極的速度及位置信息。同樣在將定子電流矢量由靜止兩相坐標(biāo)系變換到－ωc以同步旋轉(zhuǎn)的d 39。39。q39。39。坐標(biāo)系中后得到 （） 利用低通濾波器濾除前一項(xiàng)后得到 （） 由于負(fù)序分量的角速度不同，那么在進(jìn)行帶通濾波及低通濾波時(shí)截至頻率的設(shè)置就有所不同：進(jìn)行速度估算時(shí)帶通濾波器要通過的分量角頻率為，轉(zhuǎn)子初始位置檢測時(shí)帶通濾波器要通過的分量角頻率為；進(jìn)行速度估算時(shí)用低通濾波器濾去角頻率為的高頻分量，通過角頻率為的低頻分量，需要對低通濾波造成的相位滯后進(jìn)行補(bǔ)償，而轉(zhuǎn)子初始位置檢測時(shí)低通濾波器要通過的是直流分量，無需做相位補(bǔ)償。 ②由于注入高頻信號的初始相位θci已知，故可以直接從式()中提取的相位 （）繼而得到 （） 由式()可見在估算轉(zhuǎn)子初始位置時(shí)由于進(jìn)行反三角函數(shù)運(yùn)算使得θci有多解，當(dāng)k=0，2，4…時(shí)，估算所得轉(zhuǎn)子初始位置角趨近于實(shí)際值，而當(dāng)k=1，3，5…時(shí)，估算值與實(shí)際值相差π。在其它提取轉(zhuǎn)子位置信息的方法中，所用的外差法及文獻(xiàn)[17]所提的鎖相環(huán)檢測方法等，也都存在由于進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算而使得估算結(jié)果存在多解的問題，位置估算結(jié)果同樣可能反向。所以在用高頻注入法得到轉(zhuǎn)子位置估算值后，還須結(jié)合永磁體N/S極極性判別來綜合確定轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確初始位置θri。 由式()我們可以看出，利用傳統(tǒng)的高頻注入法檢測時(shí)，其負(fù)序電流分量包含轉(zhuǎn)子的位置信息，但是由于θri以π為周期變化，因此我們無法從中得到永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的極性信息，需要利用定子鐵芯飽和作用來進(jìn)一步獲得轉(zhuǎn)子極性信息。 ，從分析結(jié)論可知面貼式永磁同步電機(jī)在考慮磁路飽和時(shí)的數(shù)學(xué)模型中q軸電感大于d軸電感，即其具有一定程度的飽和凸極性，因此同樣可以利用旋轉(zhuǎn)高頻注入法檢測其轉(zhuǎn)子初始位置。下面分析當(dāng)定子繞組通有電流時(shí)繞組磁勢對繞組電感變化的影響。兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq中，d軸定子磁鏈和d軸定子電流關(guān)系如圖54所示。圖54 d軸定子磁鏈和定子電流的關(guān)系 由圖54我們可以看出，在dq坐標(biāo)系中，定子d軸電流對定子鐵芯飽和程度有一定影響，當(dāng)id產(chǎn)生磁通方向與轉(zhuǎn)子磁通方向一致時(shí)會加劇定子鐵芯飽和程度，當(dāng)id產(chǎn)生磁通方向與轉(zhuǎn)子磁通方向相反時(shí)會減弱定子鐵芯飽和程度。我們可以利用轉(zhuǎn)子磁通的飽和效應(yīng)來檢測轉(zhuǎn)子初始位置。當(dāng)在定子繞組上施加高頻旋轉(zhuǎn)電壓信號時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電流頻率遠(yuǎn)高于電機(jī)基波頻率，由于轉(zhuǎn)子各處阻抗不均勻，旋轉(zhuǎn)電流矢量的幅值將會被調(diào)制。 當(dāng)三相繞組合成電流矢量與轉(zhuǎn)子d軸夾角為0時(shí)，繞組磁勢起增磁作用，d軸磁路更趨飽和，電感值減??；夾角為π時(shí)，繞組磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢反向，起去磁作用，d軸磁路飽和度降低，電感值增大；夾角為π/2和夾角為3π/2時(shí)，繞組磁勢單獨(dú)作用在交軸上，不會使交軸磁路進(jìn)入飽和狀態(tài)，對交軸電感值影響不大。圖55 面貼式永磁同步電動機(jī)電感變化曲線、S極由上節(jié)分析可知高頻電流矢量在一個(gè)周期內(nèi)，掠過轉(zhuǎn)子N極時(shí)電流幅值達(dá)到最大，因此檢測電流矢量幅值達(dá)到最大值時(shí)的相位即可得到轉(zhuǎn)子N極的位置。此時(shí)電流矢量的軌跡就不是一個(gè)橢圓了，而是一個(gè)蛋狀圖形，如圖56所示。圖56 考慮電流對磁路飽和影響時(shí)定子電流矢量軌跡 與圖52的橢圓不同之處在于，原本位于d軸上的橢圓長軸兩端長度變化了。d軸N極方向由于磁路進(jìn)一步飽和，電感進(jìn)一步減小，電流矢量幅值增大；相反S極方向由于磁路飽和程度降低，電感有所增大，電流矢量幅值減小；q軸磁路基本還處于不飽和狀態(tài)，因此q軸正反向電流矢量幅值均不變。 通過以上分析可知，檢測電流矢量幅值達(dá)到最大時(shí)計(jì)算出電流此時(shí)的相位即可判斷出轉(zhuǎn)子永磁體N極的位置θN。，差值的絕對值若小于π/2表明轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)值與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置相符，若大于π/2表明初始位置估計(jì)值與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置反向，將估計(jì)值加上或減去π得到正確的轉(zhuǎn)子位置信息。圖57為完整的轉(zhuǎn)子初始位置估算流程框圖[20]。圖57 轉(zhuǎn)子初始位置估算流程第六章 結(jié)論隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，具有高密度氣隙磁通，高功率密度的永磁電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而結(jié)合無傳感器控制技術(shù)的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，尤其在一些不適合使用位置傳感器的應(yīng)用場合，無傳感器控制技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展空間。在無傳感器控制技術(shù)中，轉(zhuǎn)子位置的檢測是首要解決的關(guān)鍵問題。本文在參考大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測的各種方法進(jìn)行了簡要闡述，并重點(diǎn)對無傳感器技術(shù)檢測轉(zhuǎn)子位置的問題進(jìn)行了理論分析，得到以下結(jié)論：定子電流會影響磁路的飽和特性。當(dāng)定子通有旋轉(zhuǎn)電流矢量時(shí)會對轉(zhuǎn)子d軸的兩端產(chǎn)生相反的影響：電流矢量掠過N極時(shí)起助磁作用，磁路更趨飽和，定子電感降低；電流矢量掠過S極時(shí)起去磁作用，磁路飽和度降低，定子電感增大。這時(shí)向電機(jī)注入恒幅值旋轉(zhuǎn)電壓信號，利用由電流響應(yīng)產(chǎn)生的磁路不對稱飽和特性，可以從電流矢量幅值變化情況中提取轉(zhuǎn)子永磁體的N/S極極性信息。這樣我們就可以準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子的位置信息了。旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法能夠準(zhǔn)確估算出轉(zhuǎn)子凸極位置，但由于需進(jìn)行反三角函數(shù)運(yùn)算，使得估算結(jié)果存在多解。結(jié)合本文提出的永磁體N/S極極性判定方法對轉(zhuǎn)子位置估算結(jié)果進(jìn)行校正，有效解決了估算反向問題。本課題的研究對象為面貼式永磁同步電機(jī)，對于具有結(jié)構(gòu)凸極性的嵌入式及內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，由于其具有更加明顯的凸極性，因此從理論上分析可知，本文提出的方法同樣可以完成其轉(zhuǎn)子初始位置的有效檢測。參考文獻(xiàn) [1] 宋春昕 式永磁同步電動機(jī)低速運(yùn)行無傳感器控制 [2] 陳春光 磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場分析與計(jì)算 哈爾濱理工大學(xué) [3] 張益男 基于DSP的永磁同步電動機(jī)高性能控制 江蘇大學(xué) [4] 楊順昌 電機(jī)的矩陣分析[M]. 重慶, 重慶大學(xué)出版社 1988 [5] 林輝、史富強(qiáng) 永磁同步電動機(jī)控制策略綜述 [6] 任雷、崔芮華、王宗培，等。永磁同步電機(jī)繞組電感的飽和效應(yīng)[J]。電工技術(shù)學(xué)報(bào) [7] and Novel Position Sensor Elimination Technique forthe Interior PermanentMagnet Synchronous Motor Transactions on Industry Applications [8] and Approach to RealTime Position Estimation at Zeroand Low Speed for a PM Motor Based on Transactions on Industry Applications [9] and Position and Velocity Estimation for aSalientPole Permanent Magnet Synchronous Machine at Standstill and High Transactions on Industry Applications [10] and Position Estimation Scheme of a Permanent MagnetSynchronous Machine for High Performance Variable Speed of27thIEEE Industry Applications Society Annual Meeting [11] and DC Motor Control without Position and Speed Sensor. 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For Mexico, this boom represents a valuable opportunity for universities and research institutions, so that together with Mexican industry of the Electric Vehicle (EV) forming partnerships that result in an infrastructure that will enable the country to develop its own technology in terms of EV. This paper presents a pete