基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率和功率密度都很高,在工业领域得到越来越广泛的应用。在传统的运动控制系统中,通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速度。然而,这些机械式的传感器增加了系统的成本,并且降低了系统的可靠性。因此,电动机无速度传感器控制系统的研究具有重大意义和价值,已经成了近几年来的研究热点。目前,永磁同步电动机无位置传感器控制技术的研究已经取得了丰硕的成果,但大多依赖于对电动机基波方程的分析,不适于低速下应用,尤其是在转子初始位置检测方面有很多不足。针对这种现状,本文主要进行以下几个方面的研究工作: 1.论文在阐述永磁同步电机基本结构并构建其数学模型的基础上,推导了基于凸极跟踪的旋转高频注入法估算转子位置的原理,建立仿真模型分析探讨了该法在永磁同步电机矢量控制中的应用,验证该法进行转子速度及位置检测的有效性。 2.深入分析电机定子电感的饱和效应,建立仿真模型对旋转高频注入法在永磁同步电机转子初始位置检测中的应用进行了仿真研究。仿真实验结果表明,旋转高频注入法能够准确跟踪转子凸极位置,但其存在不能确定估算结果是N极还是S极位置的问题。针对该问题,论文分析了永磁同步电机定子电流对电机磁路饱和度的影响,根据旋转电流矢量幅值变化特性,提出了一种判定转子永磁体N/S极极性的方法,解决了常规高频注入法所存在的估算结果可能反向的问题。 3.搭建了基于dSPACE实时仿真系统的实验平台,利用旋转高频注入法结合本文提出的转子永磁体N/S极极性检测方法进行了转子初始位置检测实验研究。实验结果表明,改进后的旋转高频注入法能够准确估算出转子初始位置。 本文所做的研究工作,为包括具有结构性凸极及饱和性凸极在内的永磁同步电机转子初始位置检测研究提供了一定的参考依据,并为永磁同步电机无传感器控制系统全速范围运行奠定了基础。