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少位置传感器双三相永磁同步电机控制方法研究

摘要

为了实现双三相永磁同步电机高性能、高精度的电机控制，一般采用磁场定向控制

算法进行控制。该算法需要实时获取电机的转子位置，电机转子位置的识别精度对电机

的高性能、高精度控制有着十分重要的影响。光电编码器是常用的高精度位置传感器，

可观测转子位置较多，因而成本高昂，且容易降低系统的可靠性，而霍尔位置传感器是

常用的低精度位置传感器，可观测转子位置较少、结构简单，因而成本较低，可靠性相

对较高。使用霍尔位置传感器获取电机转子位置的主要问题在于转子初始位置检测困难，

调速区间受限等，因此如何在使用霍尔位置传感器的条件下得到高精度的转子位置信息

是实现高性能永磁电机驱动的关键问题，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

本文以双三相永磁同步电机为研究对象，对电机数学模型、调制算法、控制策略、

参数测试、少位置传感器下转子位置估计与转速估计等问题进行了研究。

首先，对双三相永磁同步电机的数学模型、逆变器调制算法和传统控制策略进行了

研究。推导了六相静止坐标系下电机的数学模型、VSD变换下电机的数学模型、旋转坐

标系下电机的数学模型；介绍了双三相永磁同步电机常用的逆变器调制算法；介绍了少

位置传感器转子位置估计的基本原理。

其次，结合电机数学模型和调制算法，介绍了双三相永磁同步电机矢量控制中常用

的控制方法，给出了电流环与转速环参数整定方法；研究了一种考虑积分饱和的双三相

永磁同步电机混合矢量控制策略，该策略可以避免由于积分饱和效应带来的电机控制性

能恶化的问题。分别对该策略中的抗饱和PI控制器、电流环抗饱和回路和转速环抗饱

和回路进行介绍，并利用仿真软件对该策略进行了验证。

再次，针对少位置传感器双三相永磁同步电机转子位置估算方法展开了研究。针对

传统方法存在的问题，研究了一种基于非线性磁链观测的位置矢量跟踪观测器。仿真结

果表明，该观测器的转子位置估计性能与转速估计性能均优于传统方法，且可实现无位

置传感器运行，进一步提高了转子位置估计与转速估计的可靠性。

最后，针对考虑实际运行参数的双三相永磁同步电机转子位置观测方法展开了研究。

分析了基于非线性磁链观测的位置矢量跟踪观测器特性，以及转子位置估计与转速估计

误差的主要影响因素。为了进一步提高转子位置与转速估计性能，研究了霍尔位置传感

器位置与电感参数的离线测量方法，并对待测电机进行了参数测试。实验结果表明，考

虑实际运行参数的基于非线性磁链观测的位置矢量跟踪观测器的转子位置与转速估计

性能明显优于平均转速法等传统少位置传感器转子位置与转速估计方法。

关键词：双三相永磁同步电机；矢量控制；少位置传感器控制方法；

少位置传感器双三相永磁同步电机控制方法研究

Abstract

Inordertoachievehigh-performance,high-precisionmotorcontrolofdualthree-phase

permanentmagnetsynchronousmotors,themagneticfieldorientationcontrolalgorithmis

generallyusedforcontrol.Thealgorithmneedstoobtaintherotorpositionofthemotorinreal

time,andtherecognitionaccuracyoftherotorpositionofthemotorhasaveryimportantimpact

onthehigh-performance,high-precisioncontrolofthemotor.Opticalencoderisacommonly

usedhigh-precisionpositionsensor,canobservetherotorpositionismore,sothecostishigh,

andeasytoreducethereliabilityofthesystem,whiletheHall