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兵工学报 2025年第2期46卷 357-370页

作者：徐古轩赵峰中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

为提升转子位置观测精度,提出一种基于自适应同步频率跟踪观测器的无传感器速度估算算法。在该观测器中,采用准比例谐振控制实现在频率变化下自适应跟踪定子电流估算误差,并通过自适应谐波消除来获取基波反电动势,取代传统滑模的趋近函... 详细信息

为提升转子位置观测精度,提出一种基于自适应同步频率跟踪观测器的无传感器速度估算算法。在该观测器中,采用准比例谐振控制实现在频率变化下自适应跟踪定子电流估算误差,并通过自适应谐波消除来获取基波反电动势,取代传统滑模的趋近函数和低通滤波器以消除抖振及相位延迟,实现对转子位置和速度的高精度估算。在低速域,为减小高频下死区引起的误差电压对角度估算的影响,采用基于死区电压重构的精确电压估算模型,进一步提高低速域无位置估算算法的动态性能和位置估计精度。仿真和实验结果表明了新方法应用于燃气轮机高速永磁同步电机全速域工况的优越性。

关键词：高速永磁同步电机无位置传感器准比例谐振控制自适应同步频率跟踪观测器死区效应

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直驱永磁风力发电机无位置传感器直接转矩控制的研究

直驱永磁风力发电机无位置传感器直接转矩控制的研究

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作者：林莹莹福州大学

学位级别：硕士

风能作为世界上发展最快的新能源,得到全世界广泛的关注。直驱永磁风力发电相较双馈风力发电具有转换效率高、并网功率控制灵活等特点,成为风力发电技术重要的研究方向。直接转矩控制(DTC)是一种先进的交流电机控制策略,它具有转矩响应... 详细信息

风能作为世界上发展最快的新能源,得到全世界广泛的关注。直驱永磁风力发电相较双馈风力发电具有转换效率高、并网功率控制灵活等特点,成为风力发电技术重要的研究方向。直接转矩控制(DTC)是一种先进的交流电机控制策略,它具有转矩响应快,控制结构简单等优点。将直接转矩控制方法用于直驱风力发电系统中,具有重要实际意义。但传统直接转矩控制具有磁链、转矩脉动大等问题。永磁同步电机转子位置信息常依靠传感器获得。传感器的安装使得系统安装成本增加,维修困难,且易受环境因素的影响。因此,无位置传感器控制技术正成为直驱风力发电系统研究的热点。本文首先介绍了永磁同步发电机的数学模型,同时分析了风力机模型及运行特性。根据理论分析搭建直驱风力发电模型,并把直接转矩控制作为控制策略,在Matlab/Simulink中进行仿真,仿真结果表明搭建的直驱永磁风力发电直接转矩控制系统性能良好,为进一步实验搭好基础。其次分析了直接转矩控制中传统的电压积分型磁链观测器,分析几种常用的改进法的性能,并提出一种新的电流型观测器。该方法避免了电压积分法中直流偏移和初始值带来的弊病,也解决了电流型观测器在实际应用时电感测量不准确引起的系统问题。仿真结果表明该方法具有可行性和有效性。第三,在分析永磁同步电机数学模型的基础上,根据功角与转子位置的关系,推导了基于定子磁链的永磁同步电机转子位置检测方法。该方法可用于转子位置的实时检测。第四,采用模糊直接转矩控制的方法取代传统直接转矩控制。将模糊控制理论引入直接转矩控制中,根据区分磁链和转矩的偏差而做出适当的决策,因此优化开关状态的选择。仿真结果表明该方法对转矩和磁链的脉动有明显的抑制效果,大大改善了直接转换控制的性能。最后在理论和仿真的基础上,本文以TMS320F2812为控制芯片,搭建控制电路。设计了电压和电流检测电路,PWM驱动及保护电路。在硬件电路的基础上,编写C语言程序,并进行进一步的调试。在1Kw的永磁同步电机对拖实验平台进行实验,完成主电路、控制电路和相关电路的搭建。实验结果表明,本文提出的无位置传感器技术能进行准确的位置检测,精度高,动态性能较好,可考虑作为实际生产应用。

关键词：直驱风力发电直接转矩控制模糊控制无位置传感器磁链观测器

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表贴式永磁同步电机无位置传感器驱动技术研究

表贴式永磁同步电机无位置传感器驱动技术研究

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作者：刘杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

表贴式永磁同步电机因其结构简单、功率密度高、效率高以及便于控制等显著优点，被广泛应用于航天、工业和家用电器等领域。永磁同步电机的无位置传感器控制技术能够降低系统成本，提高系统可靠性，具有重要的研究价值。本文以基于表贴... 详细信息

表贴式永磁同步电机因其结构简单、功率密度高、效率高以及便于控制等显著优点，被广泛应用于航天、工业和家用电器等领域。永磁同步电机的无位置传感器控制技术能够降低系统成本，提高系统可靠性，具有重要的研究价值。本文以基于表贴式永磁同步电机的风机系统为背景，重点研究了高精度、高可靠性的表贴式永磁同步电机的无位置传感器控制技术。此外，为提高风机工业应用的可靠性，研究了风机系统的短时断电应对策略。为解决滑模观测器低速域辨识精度低的问题，研究了一种电流闭环的无位置传感器起动方法，对其自稳定机理进行了分析，通过对起动过程的建模分析，给出了起动过程的参数选取规则。介绍了一种切换策略，实现了位置开环起动和中高速无位置传感器矢量控制两种控制模式的平稳切换。研究了一种改进滑模观测器实现了中高速范围内，风机系统的无位置传感器可靠、高效驱动。改进滑模观测器设计了具有自适应滤波功能的反电动势观测器来代替传统滑模观测器中的低通滤波器，实现了电机电流和反电动势的全阶观测，具有更高的精度和可靠性。采用正交锁相环提取转子位置和电机转速信息，对正交锁相环的带宽和主导极点进行了分析，给出了正交锁相环的参数配置规则，提高了系统的高频抗干扰能力。研究了一种适用于风机系统的短时断电应对策略。在研究永磁同步电机制动过程和能量流动的基础上，对三相全桥有源整流电路进行了建模分析，提出了风机系统短时断电过程中电压电流双闭环控制策略。在短时断电工况下，利用电机和负载侧存储机械能对直流侧母线电压进行控制，避免了短时断电造成的重复起动及安全隐患，提高了系统工业应用的可靠性。最后，在500W风机平台上对基于改进滑模观测器的无位置传感器矢量控制、风机短时断电应对策略及起动策略进行了仿真和实验验证。实验结果证明了本文理论分析的准确性和提出算法的有效性。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器 I-f起动滑模观测器短时断电应对策略

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永磁同步电机无位置传感器矢量控制的研究

永磁同步电机无位置传感器矢量控制的研究

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作者：吴凯宏南京航空航天大学

学位级别：硕士

永磁同步电机以效率高、体积小等优点被广泛用于工业控制中。得益于永磁同步电机的应用，洗衣机的性能不断提高。本文以永磁同步电机为研究对象，在矢量控制的基础上，对其在全速范围内无位置传感器技术进行了研究。首先，建立了永磁同... 详细信息

永磁同步电机以效率高、体积小等优点被广泛用于工业控制中。得益于永磁同步电机的应用，洗衣机的性能不断提高。本文以永磁同步电机为研究对象，在矢量控制的基础上，对其在全速范围内无位置传感器技术进行了研究。首先，建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，研究了矢量控制理论。在此基础上，建立了永磁同步电机速度、电流双闭环控制系统，并详细介绍了系统实现流程。其次，对滑模观测器的原理进行了研究，并对传统滑模观测器进行了改进。改进的滑模观测器采用新型的连续函数代替原来的开关函数，由锁相环提取到准确的速度、位置信号，有效地减小了抖振。同时设计了一种无相位延迟的滤波器来提取反电动势，具有良好的滤波效果，简化了系统结构。通过Matlab搭建的仿真模型来证明该方法的可行性。再次，为了解决零/低速下的无位置传感器运行的问题，采用基于饱和效应的脉冲电压注入法进行初始位置检测，以及旋转电流矢量闭环控制进行低速启动。针对旋转电流矢量闭环控制，研究了速度开环、电流闭环的自启动过程，进一步分析了“转矩-功角自平衡”原理和稳定条件。最后，搭建了Freescale公司的DSP56F8037为核心的硬件实验平台并进行了软件编程调试。调试结果基本上达到了系统设计要求，验证了本方案的可行性与正确性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器矢量控制滑模观测器

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永磁同步电机无位置传感器控制策略研究

永磁同步电机无位置传感器控制策略研究

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作者：姜洪磊燕山大学

学位级别：硕士

永磁同步电机以其体积小、效率高、转动惯量小以及对环境适应性强等优点，在数控机床、工业机器人等高性能伺服领域取得广泛应用。同时，永磁同步电机的无位置传感器控制技术因其成本低、可靠性好等优点成为当前电机控制领域研究热点之... 详细信息

永磁同步电机以其体积小、效率高、转动惯量小以及对环境适应性强等优点，在数控机床、工业机器人等高性能伺服领域取得广泛应用。同时，永磁同步电机的无位置传感器控制技术因其成本低、可靠性好等优点成为当前电机控制领域研究热点之一。本文在永磁同步电机传统双闭环矢量控制系统基础上，提出一种新的无位置传感器控制策略，并对其中一些关键问题进行深入研究。本文主要研究工作概括如下：首先，在分析永磁同步电动机数学模型基础上，深入研究永磁同步电机的内部电磁约束关系，同时阐述了永磁同步电机的矢量控制原理，建立了空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)模型，在此基础上分析了永磁同步电机传统双闭环矢量控制系统。其次，在现有双闭环矢量控制系统基础上，提出了一种新的无位置传感器控制策略，对传统电流环和速度环分别加入了电流估计和速度估计。在内环电流环基础上，建立电流估计模块，通过检测逆变器直流母线电流来估计三相输出电流，同时着重分析了死区时间对电流估计的影响以及解决办法。在外环速度环基础上，建立了速度估计模块，将反电动势的原理应用到速度与位置估计中，同时针对零速或低速估计算法不准确的问题，提出了半闭环自启动策略，有效避免了转子失步，可实现转子位置角和转速的实时在线最优估计。最后，将上述电流估计和速度估计相结合，应用到永磁同步电机无位置传感器控制系统中。在Matlab/Simulink环境下对传统双闭环矢量控制系统和无位置传感器控制系统分别进行仿真分析，结果表明本文所采用的控制策略具有优良的转子位置和转速跟踪特性，系统响应快速且平稳，转速超调量小，同时系统具有较强的抗负载扰动性能和较好的控制性能。

关键词：永磁同步电动机无位置传感器矢量控制 SVPWM 电流估计速度估计半闭环自启动

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DSC控制下的无位置传感器的无刷直流电机驱动的设计

DSC控制下的无位置传感器的无刷直流电机驱动的设计

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作者：张帅西安石油大学

学位级别：硕士

近年来,随着电力电子技术、运动控制技术、材料科学技术以及计算机技术的不断发展,作为机电能量转换装置的无刷直流电机,得到了快速的发展,其应用范围也从军事领域逐步扩展到交通运输、仪表、化工、医疗等各个领域。无刷直流电机结构简... 详细信息

近年来,随着电力电子技术、运动控制技术、材料科学技术以及计算机技术的不断发展,作为机电能量转换装置的无刷直流电机,得到了快速的发展,其应用范围也从军事领域逐步扩展到交通运输、仪表、化工、医疗等各个领域。无刷直流电机结构简单、运行可靠且具有优越的调速性能。相对于有刷直流电机而言,无刷直流电机用电子换相取代了传统的机械电刷换相,避免了换相过程中产生的火花以及电磁干扰,极大的提高了电机的运行寿命及可靠性，但是电子式转子位置传感器的安装,加重了无刷直流电机的负担,也在一定程度上限制了电机的应用场合,因此无位置传感器无刷直流电机控制系统的提出具有及其深远的意义,已成为当前研究的热点。本文在详细分析无刷直流电机结构特点及运行原理的基础上,实现了无刷直流电机无位置传感器闭环控制系统。在控制算法方面,采用“反电势法”(Back ElectromotiveForce,简称BEMF)检测三相反电势过零点来确定电机转子位置,完成换相过程"同时,针对反电势法所存在的起动困难的缺点,本文提出了一种“高频脉冲注入法”的实现方法来检测永磁无刷直流电机转子在静止状态下的位置,配合“三段式起动法”,实现电机平滑无反转起动。本文以TI公司生产的高性能数字信号处理器TMS320F28035作为主控芯片,设计了无刷直流电机的核心硬件控制系统及其外围电路,并搭建了简单可靠的反电势过零检测电路结合DSP的特性,充分利用片内资源,运用C语言编辑了模块化的控制程序。实验运行结果表明,本无刷直流电机无位置传感器驱动能够准确检测到电机初始位置,平稳起动,在实现电机正确的换相以及闭环运行的基础上,具有端子控制调速功能,证明了系统设计的可行性。

关键词：直流无刷电动机无位置传感器反电势法 DSC28035

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永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

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作者：张泽宇中国舰船研究院

学位级别：硕士

永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、转矩脉动小等优点，因此在国防、航空航天等交流传动领域的应用越来越广泛。PMSM闭环控制需要利用光电编码器或者旋转变压器实时检测转子位置信号，为克服机械传感器易失效等缺陷，提高系... 详细信息

永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、转矩脉动小等优点，因此在国防、航空航天等交流传动领域的应用越来越广泛。PMSM闭环控制需要利用光电编码器或者旋转变压器实时检测转子位置信号，为克服机械传感器易失效等缺陷，提高系统可靠性，国内外学者提出了多种无位置传感器控制算法。本课题研究的PMSM主要应用于水下电力推进系统中。该应用场合电机运行环境恶劣，机械传感器一旦失效，水下推进器将不能上浮，会造成灾难性后果，因此对于系统可靠性要求极高。因此本课题以机械传感器失效后，无位置传感器控制系统能顶替原有系统正常工作为研究目标，研究并设计了基于高频旋转电压注入法的转子位置自检测系统。本课题采用的永磁同步电机运行转速较低，且转子具有一定的凸极性，因此选择适合于低速及初始位置检测的高频旋转电压注入法作为无位置传感器检测算法。该方法主要是利用电机凸极效应，通过对采样高频电流进行调理与解算后得到转子位置。本文对转子位置观测过程中的高频电压幅值、频率选取，滤波流程及锁相环转子位置观测器设计等关键问题进行了研究；针对常规滤波过程中使用带通滤波器引入相位滞后的问题，基于高通滤波器对于直流的全衰减特性以及低通滤波器对直流的零相移特性，提出了一种新型无相位滞后的滤波方法。本文在带PMSM矢量控制系统的基础上建立了转子位置观测模块，对高频旋转电压注入法进行了仿真分析，电机转速稳定时，转子位置观测误差为±2°，证明了该方法能够满足观测精度，设计系统具有良好的动、静态性能。

关键词：永磁同步电机无位置传感器矢量控制高频旋转电压注入锁相环

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高速无刷直流电机的无位置传感器控制系统研究

高速无刷直流电机的无位置传感器控制系统研究

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作者：骆传旺华中科技大学

学位级别：硕士

高速直流无刷电机由于速度高、体积小、功率密度大、转动惯量小、动态响应快等优点，在涡轮增压器、航空航天测试平台及高速加工领域（如高速磨床、高速铣床）、医疗设备等许多领域得到了广泛应用。然而国内高速直流无刷电机的研究还处... 详细信息

高速直流无刷电机由于速度高、体积小、功率密度大、转动惯量小、动态响应快等优点，在涡轮增压器、航空航天测试平台及高速加工领域（如高速磨床、高速铣床）、医疗设备等许多领域得到了广泛应用。然而国内高速直流无刷电机的研究还处于起步阶段，高速电机驱动器的市场一直被国外公司垄断，本文正是针对高速磨床的主轴电机的驱动器进行研究。\n 无位置传感器的高速无刷直流电机省去了位置传感器的安装、维护，适合工作在高温、高湿或对电机尺寸有严格要求的环境，高速无刷直流电机无位置传感器控制已经成为高速电机控制领域的热点。在所有无刷直流电机的无位置传感器控制中，反电动势法是目前技术最成熟，使用最广泛的方法，本文在详细介绍无刷直流电机的运行原理和数学模型的基础上，基于端电压反电动势法，设计了三相六状态120°导通方式的高速无刷直流电机无位置传感器控制系统。应用“三段式”起动法解决了电机的起动问题，通过转子预定位，经过升频升压加速，最后切换到反电动势法自运行状态。本文首先对控制系统的软硬件进行了总体设计，硬件设计包括STM32控制器外围电路、功率主回路、功率电路的驱动电路、电流检测电路、反电动势检测电路的设计。软件上采用利用STM32丰富的中断功能，对系统主程序和中断子程序进行设计。然后针对电机高速转动下电流保护、实时性、反电动势检测的三个关键技术，围绕高速下逆变电路功率器件的保护问题，详细分析了MOSFET电路等效模型，对振荡电路的机理进行了深入研究，设计了逆变电路保护电路；针对反电动势检测中干扰信号的抑制，提出了一种新的反电动势检测算法；在IAR Embedded Workbench软件平台下，采用两级中断的控制思想，一级中断用于PWM输出刷新和反电动势检测，二级中断用于速度调节和AD数据采集，通过对升频升压调节器、转速PI调节器和一阶数字滤波器的设计，实现了电机起动时的开环控制和自运行时的速度闭环控制。\n 最后，搭建以STM32为核心的系统实验平台，在此实验平台上进行高速无刷直流电机的空载试验，试验结果验证了本文提出的无位置传感器控制策略的可行性。

关键词：高速无刷直流电机无位置传感器控制系统反电动势过零检测算法

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开关磁阻电机神经网络建模及无位置传感器控制研究

开关磁阻电机神经网络建模及无位置传感器控制研究

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作者：孙思远天津工业大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机由于其结构简单、工作可靠等诸多优点，引起了广泛关注，但由于双凸极结构及磁链的高度饱和，导致其电机特性高度非线性，难以建立准确的数学模型，因此建立准确的开关磁阻电机非线性模型有助于电机的优化设计，同时对于电... 详细信息

开关磁阻电机由于其结构简单、工作可靠等诸多优点，引起了广泛关注，但由于双凸极结构及磁链的高度饱和，导致其电机特性高度非线性，难以建立准确的数学模型，因此建立准确的开关磁阻电机非线性模型有助于电机的优化设计，同时对于电机的性能分析和高性能控制也具有重要意义。位置闭环是开关磁阻电机调速系统的重要组成部分之一，传统的直接位置检测是通过传感器或编码器等采集电机位置信号，但位置检测元件的存在增加了SRD系统的成本、限制了SR电机的应用领域、降低了系统的可靠性，所以研究无位置传感器的转子位置检测方法成为SRD系统研究的热点。而神经网络由于其良好的非线性拟合能力，在非线性建模和智能控制方面都有十分重要的应用，能够很好的解决开关磁阻电机的非线性建模和间接位置检测中存在的一些问题。\n 本文首先对开关磁阻电机的工作原理及其调速系统的基本构成进行研究，分析了开关磁阻电机传统建模方法存在的一些问题。然后，本文在研究了当前应用广泛的BP神经网络和RBF神经网络工作原理的基础上，通过比较一些常用的优化算法的训练速度，选择了在中小规模网络中训练速度最快的LM优化算法作为网络的训练算法。之后，以此为基础，分别使用两种神经网络建立了SRM的磁链模型、转矩逆模型和角度位置模型，并分析了两种网络在应用于开关磁阻电机建模时各自的优缺点。\n 最后，本文在研究非导通相电流比较法无位置传感器控制的工作原理基础上，提出了基于神经网络的无位置传感器控制算法，进行了两种方案的软件程序设计，并在基于dSPACE半实物实时仿真系统的实验平台上进行了实验验证，证明了两种方案的可行性。

关键词：开关磁阻电机神经网络非线性建模无位置传感器非导通相电流比较法调速系统优化设计

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基于ARM-Cortex的无刷直流电机无位置传感器技术研究

基于ARM-Cortex的无刷直流电机无位置传感器技术研究

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作者：马晓涵南京航空航天大学

学位级别：硕士

位置传感器给无刷直流电机带来了诸如安装精度要求高、易受干扰、潮湿等特殊环境下应用受限等问题，采用无位置传感器技术有助于进一步拓展永磁无刷直流电机在伺服系统、电动车辆、航空航天等领域的应用。本文采用ARM全数字控制平台研... 详细信息

位置传感器给无刷直流电机带来了诸如安装精度要求高、易受干扰、潮湿等特殊环境下应用受限等问题，采用无位置传感器技术有助于进一步拓展永磁无刷直流电机在伺服系统、电动车辆、航空航天等领域的应用。本文采用ARM全数字控制平台研究了无刷直流电机无位置传感器控制技术。研究了基于坐标变换的无位置传感器技术，通过控制坐标系的旋转角度实时补偿RC滤波器的相角偏移。以坐标变换基本原理为基础，分析并推导了角度微分法转速估算方法，该方法有效提高了转速估算的实时性，但其计算量较大。为进一步简化程序，提出了波形微分算法。针对以上两种方法在低速时估算幅值不准确问题，研究了正弦幅值转速估算方法，使得低速时转速估算值更为准确。针对无位置传感器的永磁无刷直流电机开环起动转矩脉动大、起动成功率低的问题，分析了基于三三导通三相逆变器的空间电压矢量调制（SVPWM），并推导了三相星型连接下的定子合成磁势矢量与电流最大相磁势矢量的关系。在此基础上，提出了一种在前级增加定子磁势调节的起动控制策略并对其进行简化。该起动算法不依赖于电机转子结构，并有效控制了起动电流大小和抑制了起动转矩脉动，电机开环起动性能比传统的I/f恒流升频起动显著提高。利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型，对控制系统速度闭环策略以及无位置传感器控制策略进行了仿真验证。最后，介绍了系统软硬件的实现方案和调试过程。实验结果验证了上述理论和仿真分析的正确性。

关键词：无刷直流电机无位置传感器坐标变换定子合成磁势控制 SVPWM起动转速实时估算

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