基于高频信号注入的EPS用SPMSM无传感器控制

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1、第４１卷增刊２吉林大学学报（工学版）Ｖｏｌ．４１Ｓｕｐ．２２０１１年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ）Ｓｅｐｔ．２０１１基于高频信号注入的ＥＰＳ用ＳＰＭＳＭ无传感器控制冯英本，陈慧（同济大学汽车学院，上海２０１８０４）摘要：探讨了脉动高频信号注入法用于电动助力转向系统（ＥＰＳ）的面贴式永磁同步电机（ＳＰＭＳＭ）转子位置观测的可行性；分析了注入的电流对于电机转矩波动造成的影响。仿真结果表明：这种方式既可以准确地观测电机转子的位置，且对电机的转矩波动影响较小。关键词：车辆工程；电动助力转向；脉动高频信号

2、注入；面贴式永磁同步电机；凸极效应；转矩波动中图分类号：Ｕ４６３．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－５４９７（２０１１）Ｓｕｐ．２－００６５－０５Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｄｒｉｖｅｏｆｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄＰＭＳＭｆｏｒＥＰＳｂａｓｅｄｏｎｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎＦＥＮＧＹｉｎｇ－ｂｅｎ，ＣＨＥＮＨｕｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｕｒ

3、ｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｗｉｔｈｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｃａｎｄｅｔｅｃｔｔｈｅｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｈａｖｅｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗ

4、ｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＰＳ）；ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＳＰＭＳＭ）；ｓａｌｉｅｎｃｙｅｆｆｅｃｔｓ；ｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ电动助力转向系统（ＥＰＳ）系统的核心部件助高系统可靠性的角度考虑，无位置传感器的控制力电机大多采用高效率、大功率密度、控制性能和策略在ＥＰＳ中的应用很有价值。高频信号注入对环境鲁棒性良好的表面式永磁同步电机法作为无位置传感器控制策略的一种，由于其不（Ｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ

5、受电机参数变化影响，可以实现电机零速及低速［１］ｍｏｔｏｒ，ＳＰＭＳＭ），相应的位置观测传感器大多段的控制，受到越来越多人的关注。选用旋转变压器或者霍尔编码器。但旋转变压器高频信号注入法是利用交流电机的空间凸极成本高，霍尔编码器的温度适应性差，且两种方案效应，通过在电机内部注入连续的高频信号来追均有７至１２根信号及电源线与控制器相连，工作踪电机的凸极位置，实现对电机转子位置的追踪，环境复杂，降低了系统的可靠性。从降低成本、提根据注入信号方式的不同可以分为旋转高频信号收稿日期：２０１１－０４－１５．基金项目：“９７３”国家重点基础研究发展计划项目（２０１１ＣＢ７１１２００）．作者简介

6、：冯英本（１９８７－），男，硕士研究生．研究方向：电机控制．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｙｉｎｇｂｅｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ通信作者：陈慧（１９６４－），男，教授，博士生导师．研究方向：汽车底盘电子控制技术．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｉ－ｃｈｅｎ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ·６６·吉林大学学报（工学版）第４１卷注入法和脉动高频信号注入法两类［２］。前者适用ｒｒｚｄｈ０ｉｓｄｈ（３）［３］于转子凸极性较强的交流电机，如内嵌式永磁［０ｚｒ］［ｉｒ］ｑｈｓｑｈ同步电机（Ｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ式中：ｚｒ、ｚｒ为转子ｄ、ｑ坐标系下的高频阻抗。ｄｈｑｈｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ，

7、ＩＰＭＳＭ）；后者除上述外，可＾假设观测的ｄｒ轴和实际的ｄｒ轴之间的误差［４－５］以应用于转子凸极性较小，甚至隐极的电机。～［６］角为θ，如图１所示，则ＥＰＳ系统大多采用转矩波动小的ＳＰＭＳＭ，理～＾论上不存在凸极性，但由于制造工艺等因素，实际θｒ＝θｒ－θｒ（４）应用的电机普遍存在一定的凸极性，因此脉动高频信号注入更适合于ＥＰＳ系统。国外如ＪＴＥＫＴ，通用等公司已经进行了相关研究，并申［７］请了专利。本文根据ＳＰＭＳＭ的高频数学模型，推导脉动高频信号注入的相关公式，