永磁同步电机无速度传感器控制综述

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1、万方数据El，ECTRICDR]VE2009V01．39No．9电气传动2009年第39卷第9期永磁同步电机无速度传感器控制综述李永东，朱昊(清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084)摘要：永磁同步电机无速度传感器控制系统，通过测量电机定子侧电流和端电压算出转子位置，替代了传统的机械位置传感器，系统成本低、可靠性较高。转子位置可由开环算法或通过闭环观测器观测得到。利用电机的非理想特性来提取转子位置信息，进一步将无速度传感器控制的范围扩展到低速甚至零速。对永磁同步电机无速度传感器控制策略进行分类，详细介绍了各种速度观测方法，并比较了

2、它们的优缺点。关键词：永磁同步电机；无速度传感器控制；综述中图分类号：TM35l文献标识码：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引言近年来，永磁同步电机调速系统已经成为交流调速传动领域的研究热点。与传统的电励磁电机相比，永磁同步电机(PMSM)具有结构简单，运行可靠；体积小，重量轻；损耗小、效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。和直流电机相比，它没有机械换向器和电刷；与异步电机相比，它不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子电阻损耗小，在稳态运行时没有转子电阻损耗，效率高，且转子参数可测、定转子气隙大、控制性能好。永

6、磁同步电机的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制，在数控机床和机器人等高精度、高动态性能以及体积小的伺服驱动应用场合，PMSM数字控制系统逐渐成为主流。在高性能永磁同步电机控制系统中，一般需要在转子轴上安装机械式传感器，测量电机的速度和位置，以实现高性能的转速和位置闭环控制。传统的检测电机转速和磁极位置的方法多采用光电编码器或者旋转变压器等机械传感器。这些机械传感器在实际应用中存在许多问题：高精度、高响应的速度和位置传感器的成本较高；机械传感器在安装时可能出现同心度问题，与实际转子位置出现偏差；机械传感器的使用增加

7、了系统的控制接口和接线，降低了系统的可靠性；传感器易受环境影响，在恶劣环境中性能不稳定。为了解决这一问题，需要研究永磁同步电机无速度传感器控制方案，国内外学者在这一领域进行了大量的研究，提出了各种解决方案。永磁同步电机无速度传感器控制方法大体可以分为3类：一类是基于电机理想模型的开环计算方法；另一类是基于各种观测器模型的闭环算法；最后是以高频注入法为典型代表的基于电机非理想特性的算法。这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场合，本文将对这些控制算法进行详细介绍。作者简介：李永东(1962一)，男，博士，教授，Email：liyd@mail．t

8、singhua．edu．ca3万方数据电气传动2009年第39卷第9期李永东．等：永磁同步电机无速度传感器控制综述2控制方法分类及介绍2．1基于电机数学模型的开环算法最早的永磁同