Page 205 - 电气自动化控制技术研究

第七章 现代电机控制技术研究

零速和低速 PMSM 无传感器控制方法主要包括初始位置估计的无传感器技术、基于脉动矢

量励磁和高频阻抗测量的 IPMSM 低速和零速转子位置估计、基于旋转矢量励磁和电流解
调技术的低速和零速无传感器控制方法等。Jung Ik Ha 等人最早提出基于脉动矢量励磁和
高频阻抗测量来实现转子的磁极位置估算。这种方法基于检测电机的凸极，通过将脉动矢

量注入旋转坐标系的直轴，由此产生 IPMSM 的高频阻抗，高频阻抗中包含转子位置，因
此通过对高频阻抗的测量和处理，可以提取出转子磁极位置信号。这种方法比前两种方法
具有优势，它既可以在零速运行，又能在低速运行，只是在高速时不能可靠地工作，且只

适用于 IPMSM。
另外，还需要一个位置预先估计值，用于实现注入信号从旋转坐标系到静止坐标系的
变换。优点是不依赖电机的参数，对环境和测量误差不敏感。基于旋转矢量励磁和电流解

调技术的低速和零速无传感器控制方法是目前应用得最多的一种零速和低速无传感器控制
方法，它是由 Robert D. Lorenz 教授等人提出的。这种方法通过旋转矢量励磁和解调电流

信号来实现转子位置的估计，励磁信号注入定子参考坐标系上。而高频信号注入法是解决
低速及零速时高性能无传感器驱动的一种比较好的方法。这种方法能在零速和低速时运行，
而且对电机参数变化完全不敏感，另一个优点是不需要预先估计转子位置信息，这是因为

信号直接注入定子坐标系的坐标轴中，不需要进行注入信号从旋转坐标系到静止坐标系的
变换，具有很好的动态性能。缺点是需要电机有一定程度的凸极，因此，只适用于具有凸

极的内埋式 PMSM。第二类无传感器控制方法基本上采用的都是信号注入的方法，利用电
机的结构性凸极或饱和性凸极或定子铁心的非线性饱和特性，这类方法不基于电机模型，
受电机参数变化的影响比较小，可以实现零速或低速的无传感器运行，目前研究比较多的

主要有以下两种：高频旋转电压注入法、高频脉振电压注入法。缺点是在高速区，反电动
势过大，电压矢量方程中的旋转分量不可忽略，使得测量精度降低，稳定性变差。复合控
制方法就是第一类和第二类方法的组合使用，能够实现全速范围的速度调节，是目前无传

感器控制领域中最活跃的方向，基本上现存的全速范围无传感器控制系统中都采用了复合
控制方法。
（三）永磁同步电机共模电压的抑制

随着电力电子技术的发展，尤其是先进的全控制型功率半导体器件，如绝缘栅双极晶
体管（IGBT）、集成门极换向晶体管（IGCT）、智能功率模块（IPM）等的出现，微电子

技术及控制技术的发展，促进了变流技术的发展，出现了以脉宽调制为基础的各类变流装
置。尤其是电压源型 PWM 变流器，因其具有交流电流低谐波，单位功率因数，开关频率
高，通态压降低等特点，在电动机的控制中被广泛应用。采用 IGBT 做成的通用型变频器，

开关频率可高达 20kHz，最低输出频率也可达 0.5kHz，用它控制电动机运行，噪声更小，
运行更平稳。但是随着 PWM 载波频率的不断升高，由于其高频特性和电压的快速上升，

对电机驱动系统产生的危害却非常大，消除这些影响开始逐渐变为现在的研究和工业应用
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