基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaApr．252016V01．37No．41336-1351ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．Cfl基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制孟淑平，郭宏，徐金全*北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100083摘要：为了实现永磁同步电机低速段的高精度无传感器运行，系统地分析了绕组电阻和感应电动势、电流调节器、滤波器、电机暂态运行、注入高频电压的幅值与频率、多凸极效应、电流传感器精度以及

2、A／D采样量化误差等因素对基于旋转高频电压注入法的低速无传感器控制方法转子位置估计精度的影响机理。在此基础上，提出了一种基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法相结合的低速无传感器控制策略，消除了传统的无传感器控制方法中带通滤波器引起的转子位置估计误差，并降低了电机暂态运行引起的转子位置估计误差，有效地提高了低速无传感器控制方法的转子位置估计精度。仿真和实验结果表明，所提出的低速无传感器控制策略具有更高的转子位置估计精度和更宽的调速范围。关键词：基波电流观测器；无传感器控制；转子位置估计精度；旋转高频电压注入法；误差源中图分类号：V433文献标识码：A文章编号：1000一6893

3、(2016)04—1336—16永磁同步电机具有功率密度大、效率高、可控性好等优势，被广泛应用于航天推力液氧煤油火箭发动机电动燃油泵系统中n屯]。随着现代火箭推力变化范围以及混合比例调节能力的不断提升，民用火箭电动燃油泵对其永磁同步电机系统的调速范围和控制精度等伺服性能提出了更高的要求。而高精度的转子位置、转速检测是实现高性能永磁同步电机系统控制的基础。传统的机械式传感器存在机械安装困难、增加电机轴向长度和转动惯量等问题，且其机械承受能力和动态响应速度难于满足现代火箭发动机电动燃油泵的性能要求[3]。因此，开展火箭发动机电动燃油泵用永磁同步电机的无传感器控制策略研究具有十分重要

4、的理论意义和实用价值[4‘7]。目前国内外学者对永磁同步电机高速段的无传感器控制普遍采用反电势检测法来估计电机的转子位置和转速‘8

5、。然而这种方法在电机低速运行时，转子位置检测精度较低。旋转高频信号注入法是一种利用电机的凸极效应，通过向电机注入特定频率的旋转电压信号来跟踪电机的转子磁极位置，进而实现电机在零速和低速运行时转子磁极位置估计的无传感器控制方法睁12]。但是在实际工程中，由于各种扰动的存在，会严重影响该方法的转子位置估计精度。针对上述问题，文献[13]提出采用卡尔曼滤波器加以改善，但是卡尔曼滤波器算法复杂，计算量大，实时性差；文献E143采用有限冲击响应滤波器(FIR

6、)补偿由滤波器引起的相位滞后，虽然有限冲击响应滤波器造成的估算角度滞后与电机转速成线性关系，但在实际中，同样需要建立电机转速收稿日期：2015—05—28；退修日期：2015—07—18；录用日期：2015—10—13；网络出版时间：2015—10—2616：47网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929V20151026．1647006．html*通讯作者Tel．：010—82339498E—mail：xujinquan@buaa．edu．cn引用椿武l孟淑平．郭宏．徐金垒．基于基渡电流观莉器和旋转高频电压注入法的IPMSM元；传感器控钢￡J

7、j．靛空学报，2016t37(4)：1336-1351．MEMGSP，GUOH，XUJ0．Anewsensorlesscontrolstrategycomb加ingafundamentalcurrentobserverwithrota—tinghigh-frequencyvoltageinjectionmethod，0rinteriorpermanentmagnetsynchronousmotorfJ]．ActaAeronauticaetAstronauti·caSinica，2016，37(4)：1336—135，．孟淑平，等：基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMS

8、M无传感器控制和滞后角度的对应关系，增加了工作量。针对电机的多凸极效应，文献[15]通过使用多重凸极解耦观测器来减小多重凸极引起的位置估计误差。针对逆变器死区时间造成的高频注入电压失真，文献[16]提出一种称为空间调制分析(SpaceModulationProfiling)的方法来有效补偿逆变器死区时问以及饱和凸极造成的高频电压失真。文献[17]针对各种逆变器非线性因素进行了详细分析，指出功率器件的寄生电容是造成注入电压失真的主要因素，但并未给出有效的补偿措施。文献E183分析了电机在暂态运