第３期

周元钧等：改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法

大提高整个系统的可靠性…。

最简单的无位置传感器控制方法是文献［２］提

出的基于对检测到的电机反电动势进行积分，这种

方法虽然简单，但是在零速或低速阶段因为反电动

太小，难以检测而失败。后来又提出了高频注入法，

其主要思想是用电机固有的空间凸极或凸极效应可

以实现对转子位置的检测，这种方法与转速没有直

接关系，有效克服了反电动势法的缺陷。文献［３］

提出通过处理电流高频响应，采取求导取极值计算

电机的初始位置，但这种方法存在震荡现象，高频电

流也会因滤波器移相导致检测误差，并且也没有给

出电机Ｎ／Ｓ极极性检测方法。文献［４］提出在电机

中注入幅值相同、方向不同的系列脉冲。检测并比较

相应电流的大小来估计转子的位置。这种方法可行

但是对注入脉冲的电压幅值和时间控制要求比较

高，操作复杂，检测时间过长。文献［５—６］通过注

入高频信号引起ＰＭＳＭ的ｄ—ｑ轴磁链饱和程度差

异实现初始位置检测，这种方法高频电流信号提取

复杂，容易带来计算误差，难以做到转子位置的实时

检测跟踪。文献［７］所使用的电机经过特殊设计，

不具普遍性，仅适用于理论研究。

为了解决以上方法的存在的问题，本文提出了

一种基于旋转高频电压注入法的永磁同步电机转子

初始位置检测的新方法。在电机静止状态下，通过

向电机定子三相绕组中注入高频电压信号，利用电

机凸极效应，通过处理高频电流响应，得出转子的位

置信号。为此，本文进行了仿真研究，实现了转子ｄ

轴位置和Ｎ／Ｓ极极性的快速、准确检测。

１

高频激励下的永磁同步电机的数学

模型

图１是永磁同步电机的模型图。

程为

图１永磁同步电机模型

Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ

ｍｏｄｅｌ

ｏｆ ｔｈｅ

ＰＭＳＭ

在定子两项静止坐标系ａ币下，对应的电压方

肾【Ｒ嚣尺‰蚴帆【：】’

（１）

式中：Ｖ、ｉ、Ａ、Ｌ分别为电压、电流、磁链和电感；下标

ｄ、卢分别表示定子ａ印轴分量；尺。为定子电阻；ｐ为

微分算子；ｔｏ为转子电角速度；Ａ。为永磁极磁链；０，

为转子角位移。

当注入高频电压信号吃、魄的频率远高于额

定基波频率时，电机的感抗取决于自感№Ｊ。忽略定

子电阻和永磁极磁链的影响，此时，注入高频激励下

的电机模型定子电压和磁链方程可以简化为

假定注入的高频电压信号为

廿‰［－ｓ㈨ｉｎ（抖

㈤

那么高频电压信号的磁链的方程为

【：：：：】＝＝，【：ｉ：】ｄｔ＝＝ｗ。７ｉ

ｓ—ｉ—ｎ一（７ｗ。‘ｉｔ‘）、］。ｃ５，

将式（５）带人式（３）化简得到高频电流信号为

廿［乏：：篙麓麓７＝：ｊ７】ｏ㈣

斗＾，

亿

￡

，

耽

越

，

厶＋￡。

式中：厶立０．７ｉ

ｚ南；厶００）ｉ

Ｌ＿２－－ＬＡＬ２；Ｌ２半；

ＡＬ＝生≯；吃、∞；分别为注入高频电压的幅值、角

速度；Ａ耐Ａ＂Ｌ。ｋ、ｉ耐‰分别为注入高频信号在ａ币

轴系下的磁链、电感和电流响应；二为平均电感；△￡

为空间调制电感。

以上是基于内埋式永磁同步电机（Ｌ。＞Ｌ）进行

分析的；但是，由文献［９］可知，对面贴式永磁同步

电机（Ｌ。＝Ｌ。）来说，在高频激励作用下，由于定子电

感饱和效应的影响，其高频阻抗仍会表现出凸极效

应。故以上分析得出的高频激励下的永磁同步电机

数学模型具有普遍性。

２永磁同步电机转子ｄ轴位置检测原

观察式（６）可知，屯、函不仅和只有关，还与

ＣＯＳ（Ｏ），ｔ）有关，是一个随时间变化的量。为了准确

获得高频电流信号，将ｉ小‘电流分量通过带通滤波

电路（ＢＰＦ）滤波并相乘得到

　

万方数据