车用永磁同步电机无位置传感器控制研究

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永磁同步电机的高性能控制需要精确的转子位置和速度信号去实现磁场定向。目前普遍的控制方法是采用位置传感器来检测磁场位置，由于位置传感器在检测过程中存在发生故障的隐患，其测量误差也会使电机控制在瞬间出现错误，导致电机控制噪音过大121。因此，无位置传感器控制技术作为车用驱动电机容错的-种辅助措施非常必要嘲。

在水泵电机、风扇电机中无位置传感器控制技术的研究已可以将位置传感器从电机控制系统中省去，对电机的控制已能实现。但是在车用驱动电机中还未有实际应用的情况，其实际应用的可行f生还有待进-步探讨 。模型参考位置估计法[51、状态观测器法161、卡尔曼滤波法17]、反电势法阎和高频信号注入法 都是目前永磁同步电机常用的位置估计方法。基于对上述方法的研究，提出了-种新型车用永磁同步电机无位置传感器控制方法。

2控制原理及过程电机在运行过程中，由于惯性的存在使电机的转速不能突变，可以认为是-个匀速运行过程。利用这个性质，通过测量电机- 个或几个周期时间来估算下-个或下几个周期大小，根据周期大小来估算电机转速。通过电机运行过程中产生的感应电势过零点来估算下几个周期任意时刻的相位角。而在电机驱动过程中，由于脉冲电压干扰无法准确测量出电机反电动势波形。因此要正确测量电机转速需要停止施加驱动力，待测量出电机转速后 ，再恢复电机驱动。用无位置传感器估算的角度来代替位置传感器测得的角度，从而实现电机无位置传感器矢量控制。

首先在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型，进行了仿真分析。其中，永磁同步电机的三项反电动势，将反电动势进行整形，来稿日期 ：2012-06-14基金项目：国家十二五”节能与新能源汽车863”重大专项(2010AA1123091001)作者简介：周 鹤，(1990-)，女，辽宁人，本科在读，主要研究方向：工业自动化；周雅夫，(1962-)，男，辽宁人，副教授，硕士生导师，主要研究方向：汽车电子与控制、节能与新能源汽车技术No.4Apr.2013 机械设计与制造 175时采用对比的方法来验证位置估算的准确性和合理性，即同时采用旋转变压器测出角度和无位置传感器控制估算角度，以电机转速 n600r/min为临界点，当电机转速 n<600r/min时，采用旋转变压器测出的角度进行控制，当电机转速n>600r/min时，采用无位置传感器估算角度进行控制，并同时采样估算角度和测量角度。在电机运行平稳状态下，对电机进行有位置传感器控制和无位置传感器控制相互切换。人工设定电机连续运行几个周期，对有位置传感器测量角度和无位置传感器估算角度进行比较，如果角度差值在规定范围内，则仍使用位置传感器进行控制 ，超出规定范围内，认为角度测量出现故障，此时，利用无位置传感器估算的角度估计转子磁场对电机进行矢量控制。

这种方法应用的条件是电机必须有-定的初始速度 ，对于转速很小条件下的电机由于反电动势很小，难于测定，故不能用该方法对其进行控制。然而，车用电机-旦起动，其转速大多较高 ，在电机起动阶段，往往是空载，对于这种负载固定的情况，可进行开环控制，使转子具有-定的初始速度后，再进行磁场位置和转速的估算，实现由标量控制到矢量控制的转换。

实验中，通过 DSP的CAN通讯拈与上位机进行通讯，存储两种方法得到的角度值，并分别做出电机转速 n500r/min和电机转速n7OOr/min的曲线图。其曲线图，如图9、图 10所示。

图9电机转速 n5OOr/min的曲线对比图Fig.9 Curve Contrast Diagram with Motor Speed 500r/min×1 o4时I可图 10电机转速n7OOr/min的曲线对比图Fig.1 0 Cun.e Contrast Diagram with Motor Speed 700r/min从图9可以看出，用有位置传感器测量出的角度和无位置传感器估算角度基本吻合 ，经分析知道，其中中间部分曲线的不规则是由于在通讯时总线丢失了数据，并不影响磁场位置的估算。从图 lO可以看出，在误差允许的范围内，旋转变压器测得角度与无位置传感器估算角度相差-个固定相位值，此固定值可通过软件补偿消除差值影响，从而获得与位置传感器测得角度等效的变化曲线。

6结论通过对国内外永磁同步电机无位置传感器矢量控制的分析，提出了-种适合车用永磁同步电机无位置传感器矢量控制的方法，并在台架上进行了加载试验，试验证明，该方法简单、可操作性好、容错能力强，可以作为车用电机控制的补充方法，实现多模式控制。