永磁同步電機控制大多采用位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信息，考慮到減小控制裝置大小、降低成本以及系統(tǒng)的后期維護和可靠性問題，需摒棄傳統(tǒng)位置傳感器，實現(xiàn)永磁同步電機無位置傳感器控制。目前，永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)中，高速段基本可以較好地運行，但在零速和低速段，通過滑模觀測法估計轉(zhuǎn)子位置存在明顯誤差，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯下降。如何提高零速以及低速段轉(zhuǎn)子位置估計精度已成為永磁同步電機無位置傳感器控制的共性問題。

近年來，針對永磁同步電機無位置傳感器零速以及低速段控制困難的問題，國內(nèi)外學者提出多種轉(zhuǎn)子初始位置估計方法，其中包括高頻信號注入法和載波頻率成分法。高頻信號注入法根據(jù)信號注入類型可分為正弦波高頻信號注入和方波高頻信號注入；根據(jù)信號注入坐標系又可分為基于靜止坐標系下的旋轉(zhuǎn)信號注入法和基于假定旋轉(zhuǎn)坐標系下的脈振信號注入法。

為有效解決永磁同步電機無位置傳感器起動方法中存在的算法實施過程復(fù)雜、執(zhí)行時間長的問題，文獻[14]將高頻信號注入法與載波頻率成分法相結(jié)合，實現(xiàn)對永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁極方向的判定。對于高頻注入法轉(zhuǎn)子位置估計誤差補償問題，王高林等[15]將兩種不同頻率的高頻電壓逐周期注入到估計的轉(zhuǎn)子參考坐標系中，提出相應(yīng)的信號解調(diào)方法用于提取轉(zhuǎn)子位置信息。在對隨機頻率注入方案原理分析的基礎(chǔ)上，考慮了高頻信號中的數(shù)字時延效應(yīng)，提出了一種信號解調(diào)的補償方法，有效減小了位置估計誤差。

D.D.Reigosa等分析了電機定子電阻隨溫度變化對高頻注入法的影響，提出了相應(yīng)的位置估計誤差補償策略，但尚未分析電阻變化對位置估計系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。同時，在建立電機高頻模型時，忽略了反電動勢和交叉耦合項。文獻[17]將高頻阻抗模型等效為純電感模型，分析了濾波器對高頻注入法的影響，但該方法并未考慮定子電阻的影響。

綜上分析，目前鮮有研究能夠同時避免電機參數(shù)變化、反電動勢和交叉耦合項對轉(zhuǎn)子位置估計誤差的影響。本文分析了傳統(tǒng)永磁同步電機脈振高頻電壓注入法采用傳統(tǒng)調(diào)制信號下定子電阻與電感參數(shù)不同匹配對電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，表明不同的電阻與電感參數(shù)匹配易造成電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)不穩(wěn)定。

針對該問題，利用鎖相環(huán)技術(shù)鎖定交軸高頻電流響應(yīng)相位，構(gòu)造新型同相位的調(diào)制信號用于對高頻交軸電流響應(yīng)的處理，保證電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)為穩(wěn)定的負反饋系統(tǒng)。另外，傳統(tǒng)脈振高頻電壓注入法忽略了定子電阻、反電動勢項以及交叉耦合項對高頻數(shù)學模型的影響，而反電動勢項與交叉耦合項對高頻數(shù)學模型的影響隨電機轉(zhuǎn)速的升高逐步增大，影響轉(zhuǎn)子位置估計精度。

針對該問題，提出一種新型轉(zhuǎn)子位置估計誤差補償策略，有效避免轉(zhuǎn)速升高情況下反電動勢項以及交叉耦合項造成轉(zhuǎn)子位置估計誤差增大的問題。

圖5 永磁同步電機交流調(diào)速實驗平臺

結(jié)論

1）本文分析了傳統(tǒng)永磁同步電機脈振高頻電壓注入法采用傳統(tǒng)調(diào)制信號下，定子電阻與電感參數(shù)不同匹配對電機轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，表明不同的電阻與電感參數(shù)匹配易造成轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)不穩(wěn)定。

針對這一問題，設(shè)計新型調(diào)制信號保證轉(zhuǎn)子位置估計系統(tǒng)為穩(wěn)定的負反饋系統(tǒng)。同時，考慮到電機轉(zhuǎn)速升高對高頻數(shù)學模型的影響，提出新型轉(zhuǎn)子位置估計誤差補償策略，有效避免轉(zhuǎn)速升高情況下反電動勢項以及交叉耦合項造成轉(zhuǎn)子位置估計誤差增大的問題。

2）以400W表貼式永磁同步電機為實驗對象，對基于新型轉(zhuǎn)子估計誤差補償策略下的相應(yīng)實驗波形進行分析研究，實驗結(jié)果驗證了該策略的有效性和實用性，為脈振高頻電壓注入法相關(guān)控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇與優(yōu)化提供了理論依據(jù)。