外文翻译--利用高频注入技术实现高性能内置式无传感永磁同步电动机控制系统（中文）

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1、PDF外文： http:/  中文 6 4 0 8 字   毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 文 献 翻 译   毕  业  设  计（论文）  题  目    翻译题目  利用高频注入技术实现高性能内置式无传感永磁同步电动机控制系统   学     院    专     业  光信息科学与技术  姓     名    班    

2、级    学     号    指导教师         1 出处：  IET electric power applications, 2012, 6(8): 533-544  利用高频注入技术实现高性能内置式  无传感永磁同步电动机控制系统                     JL Chen, SK Tseng, TH Liu  摘要 ： 本研究提出

3、了利用高频注入技术实现高性能内置式无传感永磁同步电动机控制系统，一种新的方法就是同时使用高频 d 轴电流和 q 轴电流来估算转子的位置。利用这种方法，可以消除传统高频注入方法中的同步假说信号。一个 .25 千赫兹， 5 伏特的正弦波形电压注入到电机的 d 轴同步帧，然后，通过测量高频 d 轴和 q 轴的电流就可以确定电动机转子的位置。除此之外，又发展出了一种新的补偿办法来减少由于电机的互感和饱和效应而产生的测量位置误差。使用这种新的方法，估算出的转子位置 误差被控制在 2 电度范围内。数字信号处理器 TMS-320-F2812 被用作测量和控制中心。实验结果显示这种方法可同时用于无传感速度控制

4、系统和无传感位置控制系统。无传感速度控制系统具有响应速度快，良好的负载扰动响应和良好的跟踪响应。    1. 引言   由于其高性能的特性，内置式永磁同步电机（ IPMSM)已被广泛的应用到了工业应用中。在高性能速度控制应用中，解析器或者编码器需要执行定向领域内的控制算法，所需要的高分辨率位置传感器无疑 会增加成本，惯性和 IPMSM 驱动系统的体积大小。为了消除轴位置传感器，无传感器控制系统已经发展成为了一种新的趋势。由于其内在的卓越性，高转矩 /安培比和坚固耐用的特点， IPMSM 的无传感控制系统非常的具有吸引力 1-3   IPMSM主要有两种无

5、传感类型以基础模型为基础的方法和以卓越性能为基础的方法，基础模型方法包括一个以反电动势为基础的技术和一个以交链磁通为基础的技术，简单是这两种技术的优势所在，可以实现中到高速的操作区域，不幸的是，对于停顿和低速的操作范围，以基础模型为基础的技术或以交链磁通为基础的技术 通常会导致无传感控制失败 4。为了解决这个难题，发明出了以卓越为基础的方法，归功于 IPMSM 固有的优越性，源于转子的几何特点，使用一个脉冲宽度的调制电压或者一个连续的高频注入信号来得到位置相关的电流响应，从而可以获得位置信息。   几个研究者已经提出了利用注入高频电压然后测量相关的高频 d轴电流和 q轴电流来估计 I

6、PMSM 转子的位置的方法。例如， Corley 和 Lorenz 提出了凸极永磁同步电动机自感控制算法从而得到了一种简单的估算技术，这种技术使用电动机的电感来产生位置和速度估量信号。 Raca 等人讨论了 IPMSM 无传感控制的载波信号选择方法。在本论文中，由于机器的物理非理想属性带来的估算误差以及反相器都被计算出来， Zhu 等人调查了一个以载波信号注入为基础的无传感 IPMSM 驱动的有效性。除此之外， Zhu 等人也提出了一个改良的转子位置估算技术，根据交叉耦合磁饱和，转子的瞬间响应和稳定状态的错误的精度都有了重大的改进 8。 Jeong 等人使用载波频率注入方法来估算转子的初始位置

7、和 IPMSM 的磁极。为了区分转子的磁极，提出了磁铁的饱和效应，泰勒级数被用来描述电流和交感磁通之间的非线性磁铁饱和度关系 9。 Stumberger 10等人计算了 IPMSM 中的饱和度和交叉磁化效应。然而，本论文只关注参数的测量，不关心无传感驱动系统的设计。   杭州电子科技大学本科毕业论文外文翻译    2 _ IET Electr. Power Appl. , 2012, Vol. 6, Iss. 8, pp. 533  544 doi: 10.1049/iet-epa.2011.0303  作者： J.-L. Chen S.-K.

8、 Tseng T.-H. Liu 国立台湾科技大学电气工程师部门  E-mail: Liumail.ntust.edu.tw 此外， Kock 11等人利用高频载波注入研究了无位置传感。 Jang 等人依据高频信号注入技术提出了一个 IPMSM 驱动系统的数学分析方法。从而得到了一个简化的高频模型和无传感转子位置及速度的算法。不幸的是，这个研究没有考虑相互的电感和饱和效应 12。 Shinji 使用了一个新的锁相环无传感技术。这种方法有良好的性能和一些吸引人的特性。然而，由于系统的复杂，很难实现 13。  通过高频注入技术，在 IPMSM的低速和停顿区域范围内， Bolog

9、nani 提出了离散傅立叶变换和非传统的相关帧转换。实验结果很好。然而，不好的一点是这个驱动系统太复杂了，并且需要做许多的计算 14。 Food 和 Rahman 为高频注入 IPMSM 驱动系统提出了一个无传感滑动模式控制器和一个滑动模式观测器。本论文聚焦于控制器和观测器的设计而不是高频信号处理中的估算技术 15。  有几篇论文提出了传统的转子位置估算方法的框图，如图 1A 10,12。首先，用一个禁通滤波来获得高频电流qhi，然后，qhi和假设同步信号 sin( )htw 相乘。当相位角 等于qhi的 时候同步误差变为 0，之 后，可以用低通滤波和一个比例积分（  PI

10、）控制器创建大概的速度 rw。最后，有整合的控制器可以获得大概的转子位置 r。  传统的估计方法有一些缺陷，例如， 0 交点和qhi会被逆变器的非线性特性影响，除此之外，估计出的相位角 也大不相同，一些研究者提出利用锁相环来估计 角。图 Fig. 1 b 14 .In Fig. 1 b 显示，混合信号可以表达为  m a x m a x1c o s ( ) s i n ( ) c o s ( ) s i n ( 2 ) s i n ( ) 2q h h q h h q ht t t thhi i i (1) 其中maxqhi为 q 轴高频 电流的振幅，hw为注入的高频信号，

11、 为qhi的相位角， 为锁相环（ PLL）估计的相位角。然后，通过一个低通 滤波，它应该包含了如下的低频误差信号  m a x_ 1 s i n ( )2L F q hi          (2) 可以看出，_LF是 maxqhi的函数，输入信号qhi和乘法信号的相位不同，当两个信号的香味相同时，_LF等于 0，所估计的相位角 等于qhi的相位角 。  为避免估计 ，本论文提出了一种新的方法。展现了几个和以前的论文 6-15所不同的独创的思想。 首先，消除了 假设同步信号。通过使用提出的估计量，和 8， 12， 14中的方法比较，可以减少相位误差。除此之外，也可以提高转子估计量的动态响应。通过检测三相定子的电流，可以获取到转子的位置。然后，互感和饱和效应有效的补偿了所获得的转子的位置。从而可以估计出更加精确的转子位置。通过使用本论文提出的方法，就实现了一个可操作性从 1 到 1800 转 /分的高性能无位置传感的 IPMSM 驱动系统。除此之外，一个精确的闭环传感器的永磁同步电动机的位置控制系统也可以实现。据笔者所知，这些想法是原创的，在以往文献中都没有提出过。