永磁同步电机初始位置辨识方法研究与进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28776

综述

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永磁同步电机初始位置辨识方法研究与进展

马瑞卿, 陈鹏()

西北工业大学自动化学院，西安 710129

收稿日期:2023-03-31 修回日期:2023-05-07 接受日期:2023-07-05 出版日期:2024-02-15 发布日期:2023-07-28
通讯作者: 陈鹏 E-mail:cooper_chenpeng@163.com
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(D5000220497)

Research and development trend of initial position identification methods for permanent magnet synchronous motors

Ruiqing MA, Peng CHEN()

School of Automation，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710129，China

Received:2023-03-31 Revised:2023-05-07 Accepted:2023-07-05 Online:2024-02-15 Published:2023-07-28
Contact: Peng CHEN E-mail:cooper_chenpeng@163.com
Supported by:
Fundamental Research Funds for the Central Univesities of China(D5000220497)

摘要/Abstract

摘要：

随着飞机电气化进程的不断推进，永磁同步电机（PMSMs）因为优异的性能被广泛地应用于机上各种电驱动系统。而在电机矢量控制的诸多技术中，精确的转子初始位置辨识对其平稳起动与最大转矩运行意义重大。在对各种初始位置辨识方法进行分析和归纳后，从有位置传感器与无位置传感器2个方向，对永磁同步电机初始位置辨识方法进行了全面综述。首先，把有位置传感器的初始位置辨识方法总结为转子静止型与转子微动型2种，比较了各种有位置传感器辨识方法的异同点；然后，根据注入信号是否连续，将无位置传感器的转子初始位置辨识方法划分为高频电压注入法和脉冲电压注入法2大类，并选择脉振高频电压注入法对转子初始位置辨识效果进行了验证；最后，对永磁同步电机初始位置辨识方法的发展趋势进行了展望。

关键词: 永磁同步电机, 初始位置辨识, 高频电压注入法, 脉冲电压注入法

Abstract:

With the continuous advancement of aircraft electrification， Permanent Magnet Synchronous Motors （PMSMs） are widely used in various electrical drive systems on aircraft due to their excellent performance. Among the technologies of vector control， accurate identification of the initial rotor position is of great significance for the smooth starting and maximum torque operation for PMSMs. This paper provides a comprehensive overview of the initial rotor position identification methods for PMSMs from two perspectives： with and without position sensors. Firstly， the initial rotor position identification methods for PMSMs with position sensors are classified into two types： rotor standstill type and rotor micro motion type， and the similarities and differences of the identification methods of the rotor with position sensors are compared. Then， based on whether the injection signal is continuous or not， the initial rotor position identification methods for PMSMs without position sensors are divided into two categories： the high-frequency voltage injection method and the pulse voltage injection method. The pulsating high-frequency voltage injection method is selected to verify the effectiveness of rotor initial position identification. Finally， the development trend of initial position identification methods for PMSMs is discussed.

Key words: permanent magnet synchronous motor, initial position identification, high-frequency voltage injection method, pulse voltage injection method

中图分类号:

V242.5

马瑞卿, 陈鹏. 永磁同步电机初始位置辨识方法研究与进展[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 28776-028776.

Ruiqing MA, Peng CHEN. Research and development trend of initial position identification methods for permanent magnet synchronous motors[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(3): 28776-028776.

图/表 20

图 1

图 2

表 1

图 3

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图 6

表 2

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图 8

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表 3

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

表 4

图 15

图 16

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方法	位置获取	编码器	分辨率	算法难易度	速度范围	应用场景	成本	安装复杂度	转子状态
静止型初始位置辨识	从传感器直接获取转子位置	霍尔传感器^［6-8］	60°	简单	中低速	低成本	低	低	静止
		复合位置传感器^［9］	60°	简单	全范围	广泛	适中	高	静止
		磁编码器^［10］	8~14位	简单	中低速	低成本	适中	适中	静止
		绝对位置传感器^［11］	17位以上	复杂	全范围	高精度	高	高	静止
		旋转变压器^［12］	角秒级	复杂	全范围	复杂环境	高	高	静止
转子微动型初始位置辨识	增量式光电编码器	预定位法^［13］	与负载相关	简单	全范围	广泛	适中	高	微动明显
转子微动型初始位置辨识	增量式光电编码器	二分搜索法^［14］	与二分次数相关	复杂	全范围	高精度	适中	高	微动小

电机参数	数值	电机参数	数值
额定电压/V	48	极对数	4
额定电流/A	2.5	相电阻/Ω	1.1
额定功率/W	100	d轴电感/mH	1.5
额定转矩/（N·m）	0.32	q轴电感/mH	1.5

方法	注入信号类型	位置获取方式	特征	注入信号频率	滤波器	位置观测器	转子状态
旋转高频电压注入法^［15-22］	正弦波	负序电流分量	相位调制	低	同步轴滤波器	需要	静止
脉振高频电压注入法^［23-28］	正弦波	估计的q轴电流	幅值调制	低	带通，低通滤波器	需要	静止
高频方波电压注入法^［29-34］	方波	估计的q轴电流	幅值调制	高	无滤波器	需要	静止
零序列电压法^［35-38］	正弦波^［36］方波^［37］	零序列电压零序列电压	相位调制幅值调制	低高	低通滤波器^［36］无滤波器^［37］	需要需要	静止静止
高频注入直接比较法^［39-40］	正弦波	比较相电流幅值大小关系	直接比较	低	低通滤波器^［39］无滤波器^［40］	不需要不需要	静止静止

方法	位置获取方式	导通方式	脉冲个数	估计误差/（°）	传感器	南北极辨识	转子状态
基于电流响应的辨识方法	d轴电流峰值检测^［47-50］	SVPWM	21	0.937 5	2个相电流传感器	需要	静止
	相电流峰值检测^［51-53］	三相导通	6	7	2个相电流传感器	需要	静止
	相电流比较^［5］	三相导通	3	15	2个相电流传感器	需要	静止
	母线电流比较^［54］	三相导通	5	30	母线电流检测	不需要	静止
基于电压比较的辨识方法	非导通相电压变化^［55］	两相导通	3	60	3个端电压检测电路	不需要	静止
	非导通相电压变化^［56］	两相导通	3	30	2个端电压检测电路，母线电流检测	需要	静止
	母线电压变化大小^［57］	两相导通	6	30	1个母线电压检测电路	不需要	静止
	非导通相电压计算^［58］	两相导通	3	1	3个端电压检测电路	不需要	静止
基于电感计算的辨识方法	线电感值^［59］	两相导通	3	5	2个相电流传感器	需要	静止
基于电感计算的辨识方法	线电感基波分量二次谐波分量^［60］	两相导通	6	3.82 3.57	2个相电流传感器2个相电流传感器	不需要不需要	静止静止

[1]	郝振洋, 孙枫涛, 季志豪, 景新元, 曹鑫. 一种适用于航空发电机系统的闭环I/f控制方法[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 328678-328678.
[2]	曾国宏, 董玉昆, 吴学智, 罗晓, 赵敏如. 双绕组永磁同步电机的模块化对等控制[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 325488-325488.
[3]	颜黎明, 郭鑫, 赵冬冬. 基于新型权重解析法的永磁电机预测转矩控制[J]. 航空学报, 2022, 43(12): 327785-327785.
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永磁同步电机初始位置辨识方法研究与进展

Research and development trend of initial position identification methods for permanent magnet synchronous motors

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