利用脉振型高频信号注入检测PMSM_位置角一般套路

摘要：

  随着19年国家关于新能源汽车的补贴下调，标志我国新能源汽车发展进入第二阶段，这也导致各个供应商更加关注产品成本的考量。在这种环境下直接导致无位置传感器控制技术的大量应用被提上日程。
  到目前为止，PMSM的无位置传感器控制方法主要分两大类。一类是反电动势法，通过计算电机绕组的反电动势来估计转子的位置。包括反电动势估算法，扩展卡尔曼滤波估算法，自适应滑模观测器估算法等；另一类是高频信号注入法，分为旋转高频信号注入法和脉振高频注入法，这类方法利用电机的凸极性，通过注入高频电压激励信号并提取电流信号中有用信息来估计转子的位置。这篇文章主要阐述的是高频信号注入法中的脉振型高频信号注入法的原理及仿真模型。

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PMSM数学模型

1.电压方程

由于内置式三相PMSM具有明显的凸极性，交直轴电感相差较大。则在dq轴下电压方程如下：

脉振型高频电压注入法在估计的同步旋转坐标轴d1-q1坐标轴中d1轴注入高频正旋电压信号，该信号在静止坐标系下是一个脉动的电压信号。
通过调节转子估计误差角度来判断估算的准确度

由于在高频条件下，定子电阻所产生的压降可以被忽略，所以d-q电压方程可改写如下：
2.电感方程
在得到高频激励下的电压方程后，在静止坐标系中，电机定子电感可以表示为：

半差电感

3.高频电压和电流的关系

脉振高频电压注入法只在估计转子同步坐标系中的d1轴注入高频正弦电压信号：

此时高频电流可简化为
虽然d轴电流和q轴电流都与转子位置估计误差角有关，但当估计误差角为零时，q1轴高频电流就等于零，我们可以对q1轴的高频电流进行适当的信号处理，以此获得转子的位置信息。
4.转子位置估计方法
先对q轴高频电流进行低通滤波（LPF）后得到转子位置跟踪观测器的输入信号
比例积分调节器和积分调节器组成了位置跟踪观测器，采用了滤波器对电流信号进行处理，转子位置角的估算值与实际值之间的差异很小，通过适当调节转子位置观测器中的比例积分参数，可以控制转子位置误差角趋近与零。
注：以上主线有些参考《两种高频信号注入法的无传感器运行研究》-毕竟权威

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Matlab-Simulink建模

1.脉振型电压信号注入法PMSM控制框图


2.以下是转子位置估计值与实际值的变化曲线和转速曲线