【《永磁同步电机无位置传感器的基本原理分析》1400字】

永磁同步电机无位置传感器的基本原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u2011永磁同步电机无位置传感器的基本原理分析 160061.1传统滑模观测器设计 153321.2基于反正切函数的转子位置估计 3239001.3基于锁相环的转子位置估计 4如果想要实现高效率的三相PMSM，需要通过传感器模块测量计算出精确的转速和转子位置。但是，如果使用机械传感器会使得系统的复杂性上升，提高了运行成本，同时增加了系统的尺寸，从而对运行环境产生了严格的限制。无位置传感器技术可以通过输入电机特定的电信号，经过一定的算法而进行转速与转子位置估计，来避免机械传感器的使用，是未来的发展趋势。本章针对传统滑模观测器算法原理进行了介绍并进行了部分改良与优化，其中主要包括基于反正切函数的转子位置估计和基于锁相环的转子位置估计两种估计方法。传统滑模观测器设计大多数传统SMO算法的设计是基于静止坐标系下的数学模型，重写电压方程为： （3.1）式中：uα，uβ：为定子电压；iα，iβ：为定子电流；Ld，Lq：为定子电感；p=d/dt：为微分算子；Eα，Eβ：为扩展反动势。扩展反电动势(EMF)表达式为： （3.2）当Ld=Lq=Ls时，EMF只和转速ωe有关，且转速越大，EMF越大；而当Ld≠Lq时，EMF还和微分piq有关，即电机的负载情况会影响到EMF的变化。所以，电机转速越高，定子电流变化波动越大，扩展电反动势畸变越严重。为了获取电机准确的转速与转子位置信息，需要使用滑膜观测器来观测出扩展反电动势的值，改写式（3.1）电压方程为电流状态方程可得： （3.3）因此，传统SMO对扩展反电动势估计值的设计可以为[24]： （3.4）式中：，：为观测到的定子电流值；uα，uβ：为观测器的输入电压值。式（3.3）与式（3.4）作差得到定子电流的误差方程为： （3.5）式中：，：为电流观测误差。设计滑膜控制律为： （3.6）式中：。当，以后，观测器的状态便一直会保持在滑膜面上，在这种情况下，控制量就可以当作等效控制量来看待，即 （3.7）总上所述，传统滑膜观测器的实现原理如图3.1所示。图3.1传统SMO算法的实现原理框图基于反正切函数的转子位置估计实际情况下，控制量其实是一个高频切换信号且不连续，所以如果要提取连续的EMF估计值，需要另外添加一个低通滤波器，则得到： （3.8）式中：τ0：为低通滤波器的时间常数。在低通滤波器进行滤除高频切换信号时，EMF估计值的相位和幅值必然会发生变化。因此，可以通过反正切函数发来进行转子位置估计，如式（3.9）所示： （3.9）实际上，反电动势估计值在滤波处理后会相位会产生延迟，从而直接对转子位置估计的精确度产生影响，故通常需要在式（3.9）估算出的转子位置的基础上再添加一个角度来进行补偿[25]，则最终估算出的角度为： （3.10）式中：ωe：为低通滤波器的截止频率。再对式（3.10）进行微分运算可以计算出转速信息的估计值： （3.11）总上所述，基于反正切函数的转子位置估计实现原理如图3.2所示。图3.2基于反正切函数的转子位置估计实现原理框图基于锁相环的转子位置估计在使用基于反正切函数的转子位置估计时，其中的反正切函数除法运算会引入一个高频抖阵，这是由于SMO在滑动状态下伴随着高频抖阵并且使得估算出的反电动势也带有这种抖阵。此时，该高频抖阵会被放大，从而使得角度估计的误差进一步扩大。为了解决这个问题，可以使用锁相环(Phase-lockedLoop,PLL)，实现原理框图如图3.3所示。图3.3基于锁相环的转子位置估计实现原理框图由图3.3可以得出： （3.12）如果设，则式（3.2）可以化为： （3.13）将式（3.13）代入式（3.12）得到： （3.14）当时，可以近似认为成立，所以： （3.15）根据式（3.15），可以将图3.3的实现原理框图简化为图3.4。图3.4基于锁相环的转子位置