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期刊號： CN32-1800/TM| ISSN1007-3175

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永磁同步電機無位置傳感器控制現(xiàn)狀和展望

來源：電工電氣發(fā)布時間：2023-03-04 12:04 瀏覽次數(shù)：310

永磁同步電機無位置傳感器控制現(xiàn)狀和展望

生龍1，2，劉立昊1，葉永強3
(1 中國石油大學(xué)(北京) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102249；
2 中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū) 工學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000；
3 南京航空航天大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 211106)
 
    摘 要： 永磁同步電機 (PMSM) 的無位置傳感器控制是當(dāng)前電機控制領(lǐng)域的研究熱點。針對永磁同步電機無位置傳感器控制中基于反電動勢觀測以及電感凸極性的位置估計方法進(jìn)行歸納總結(jié)。分別對滑模觀測器法、模型參考自適應(yīng)法、龍伯格觀測器法、擴展卡爾曼濾波器法、無跡卡爾曼濾波器法和高頻信號注入法的基本理念進(jìn)行了介紹，通過比較每種方法的優(yōu)勢和不足，并根據(jù)其缺點歸納了目前主要的改進(jìn)方法，并闡述了全速范圍內(nèi)兩大控制方法的結(jié)合策略，且對無位置傳感器控制的研究趨勢進(jìn)行了展望。
    關(guān)鍵詞： 永磁同步電機；無位置傳感器；滑模觀測器法；模型參考自適應(yīng)法；龍伯格觀測器法；擴展卡爾曼濾波器法；無跡卡爾曼濾波器法；高頻信號注入法
    中圖分類號：TM341     文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A     文章編號：1007-3175(2023)02-0001-08
 
Status and Prospect on No Position Sensor Control of
Permanent Magnet Synchronous Motor
 
SHENG Long1,2, LIU Li-hao1, YE Yong-qiang3
（1 College of Information Science and Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China;
2 College of Engineering, China University of Petroleum-Beijing at Karamay, Karamay 834000, China;
3 College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China）
 
    Abstract: The no position sensor control of permanent magnet synchronous motor (PMSM), is the current hot research topic in the field of motor control. In this paper, the position estimation method based on back electromotive force observation and inductance saliency in the no position sensor control of PMSM is reviewed. Then, the paper respectively introduces the basic concept of sliding mode observer (SMO),model reference adaptive system (MRAS), Luenberger observer (LO), extended Kalman filter (EKF), unscented Kalman filter (UKF) and high frequency injection method (HFIM). Finally, the paper summarizes the current main improvements according to their shortcomings by comparing the advantages and disadvantages of each method, describes the strategy that combines two control methods in the whole-speed range, and makes expectation on research trend of the no position sensor control.
    Key words: permanent magnet synchronous motor(PMSM); no position sensor; sliding mode observer (SMO); model reference adaptive system (MRAS); Luenberger observer (LO); extended Kalman filter (EKF); unscented Kalman filter (UKF) ; high frequency injection method (HFIM)
 
參考文獻(xiàn)
[1] 丁文，梁得亮，羅戰(zhàn)強. 兩級濾波滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制[J] . 電機與控制學(xué)報，2012，16(11)：1-10.
[2] 尚喆，趙榮祥，竇汝振. 基于自適應(yīng)滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制研究[J] . 中國電機工程學(xué)報，2007，27(3)：23-27.
[3] YAN L, CHEN Y Q, PODLUBNY I.Stability of Fractional-Order Nonlinear Dynamic Systems:Lyapunov Direct Method and Generalized Mittag-Leffler Stability[J].Computers &Mathematics with Applications，2010，59(5)：1810-1821.
[4] HUANG Y B, WU F.A Sensorless Control Method for Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Fractional-Order Sliding Mode Observer [C]//2020 IEEE 5th Information Technology and Mechatronics Engineering Conference，2020.
[5] 王悍梟，劉凌，吳華偉. 改進(jìn)型滑模觀測器的永磁同步電機無傳感器控制策略[J] . 西安交通大學(xué)學(xué)報，2016，50(6)：104-109.
[6] YE S C , YAO X X . An Enhanced SMO-Based Permanent-Magnet Synchronous Machine (PMSM) Sensorless Drive Scheme with Current Measurement Error Compensation[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics，2021，9(4)：4407-4419.
[7] GONG C, HU Y H, GAO J Q, et al.An Improved Delay-Suppressed Sliding Mode Observer for Sensorless Vector-Controlled PMSM[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2020，67(7)：5913-5923.
[8] 涂志文，蔣成明，涂群章，等. 基于改進(jìn)型 SMO 的 PMSM 無傳感器控制方法[J] . 裝備制造技術(shù)，2020(11)：12-17.
[9] JIAN H Y, SONG W X.A sliding mode observer of IPMSM combining adaptive synchronous filter and back EMF estimator[C]//2020 7th International Forum on Electrical Engineering and Automation(IFEEA)，2020.
[10] DWIVEDI P K, SETH A K, SINGH M.Sensorless Speed Control of PMSM Motor for Wide Speed Range[C]//2021 1st International Conference on Power Electronics and Energy (ICPEE)，2021.
[11] 鐘臻峰，金孟加，沈建新. 基于分段 PI 調(diào)節(jié)器的模型參考自適應(yīng)永磁同步電動機全轉(zhuǎn)速范圍無傳感器控制[J] . 中國電機工程學(xué)報，2018，38(4)：1203-1211.
[12] WEI F, WANG Y, LIANG Q W, et al.Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Improved Model Reference Adaptive System[C]//2019 Chinese Automation Congress (CAC)，2019.
[13] 廖自力，解建一，趙其進(jìn)，等. 基于改進(jìn)型 MRAS 的永磁同步電機無位置傳感器控制方法研究[J] .微電機，2020，53(11)：100-105.
[14] SAIHI L, BOUTERA A.Robust sensorless sliding mode control of PMSM with MRAS and Luenberger extended observer [C]// International Conference on Modelling, Identification and Control，2016.
[15] CHEN G P, YAO W, ZHANG W.Feedback Gain Design of Adaptive Luenberger Observer on PMSM Sensorless Control[C]//Proceedings of the 2019 2nd International Conference on Electronics and Electrical Engineering Technology，2019.
[16] ZHANG X L , TIAN G Y , YONG H , et al . A Comparative Study of PMSM Sensorless Control Algorithms : Model Based vs Luenberger Observer[C]//IEEE Vehicle Power & Propulsion Conference，2016.
[17] 呂瑩，石偉，林聯(lián)偉，等. 基于 Luenberger 觀測器 PMSM 無傳感器控制策略[J] . 汽車零部件，2020(12)：1-6.
[18] BOLOGNANI S, TUBIANA L, ZIHLIOTTO M.Extended Kalman Filter Tuning in Sensorless PMSM Drives[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2003，39(6)：1741-1747.
[19] MING T, LIN G, LIANG D.Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Using an Optimized and Normalized Extended Kalman Filter[C]//2011 International Conference on Electrical Machines and Systems(ICEMS)，2011.
[20] 谷濤， 李孟秋， 黃慶， 等. 基于 EKF 的永磁同步電機無位置傳感器控制[J] . 電源技術(shù)，2016，40(2)：430-433.
[21] ZHENG Z D, LI Y D, FADEL M, et al.A Rotor Speed and Load Torque Observer for PMSM Based on Extended Kalman Filter[C]//IEEE International Conference on Industrial Technology，2006.
[22] JANG J S, PARK B G, KIM T S, et al.Parallel Eeduced-Order Extended Kalman Filter for PMSM Sensorless Drives[C]//34th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society，2008.
[23] 李高林. 基于擴展卡爾曼濾波的永磁同步電機的無位置傳感器控制[D]. 長沙：湖南大學(xué)，2011.
[24] AKRAD A, HILAIRET M, DIALLO D.A sensorless PMSM drive using a two stage extended Kalman estimator[C]//34th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics，2008.
[25] WANG W J, ZHANG M, WU Q H.Application of Reduced-Order Extended Kalman Filter in Permanent Magnet Synchronous Motor Sensorless Regulating System[C]//2010 International Conference on Digital Manufacturing and Automation(ICDMA)，2010.
[26] SMIDL V, PEROUTKA Z.Reduced-order squareroot EKF for sensorless control of PMSM drives[C]//37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society，2011.
[27] FUENTES E, KENNEL R.Sensorless-Predictive Torque Control of the PMSM Using a Reduced Order Extended Kalman Filter [C]//2011 Symposium on Sensorless Control for Electrical Drivers，2011.
[28] KUNG Y S, HIEU N T.Simulink/ModelSim Co-Simulation of Sensorless PMSM Speed Controller Using Reduced-Order Extended Kalman Filter[C]//IEEE International Symposium on Industrial Electronics，2012.
[29] 何鴻飛. 基于兩段式擴展卡爾曼濾波算法的永磁同步電機無位置傳感器轉(zhuǎn)子位置估算[D] . 石家莊：河北科技大學(xué)，2017.
[30] 江俊，沈艷霞，紀(jì)志成. 基于 EKF 的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置和速度估計[J] . 系統(tǒng)仿真學(xué)報，2005，17(7)：1704-1707.
[31] DCHICH K, ZAAFOURI A, CHBEB A, et al.Position Sensorless Robust Control of PMSM Using the Extended Kalman Filter Algorithm[J].International Review on Modelling and Simulations，2013，6(2)：380-386.
[32] TALLA J, PEROUTKA Z.Neural network aided unscented Kalman filter for sensorless control of PMSM[C]//14th European Conference on Power Electronics and Applications，2011.
[33] 吳賢勇. 基于自適應(yīng) UKF 的永磁同步電機無傳感器控制研究[D]. 青島：青島科技大學(xué)，2020.
[34] NI R G , LU K Y , BLAABJERG F , et al . A comparative study on pulse sinusoidal high frequency voltage injection and INFORM methods for PMSM position sensorless control[C]//42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society，2016.
[35] 秦峰，賀益康，劉毅，等. 兩種高頻信號注入法的無傳感器運行研究[J] . 中國電機工程學(xué)報，2005，25(5)：116-121.
[36] 胡家兵，賀益康，年珩，等. 基于磁飽和凸極效應(yīng)的面貼式 PMSM 零速下無傳感器技術(shù)[J]. 中國電機工程學(xué)報，2006，26(10)：152-157.
[37] 劉穎，周波，李帥，等. 轉(zhuǎn)子磁鋼表貼式永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測[J] . 中國電機工程學(xué)報，2011，31(18)：48-54.
[38] 李潔，周波，劉兵，等. 表貼式永磁同步電機無位置傳感器起動新方法[J] . 中國電機工程學(xué)報，2016，36(9)：2513-2520.
[39] 杜博超，崔淑梅，宋立偉，等. 一種基于變頻電流信號的 IPMSM 無位置傳感器高頻注入電流噪聲抑制方法[J] . 電工技術(shù)學(xué)報，2020，35(18)：3830-3837.
[40] 楊雷. 基于高頻信號注入永磁電機無傳感器控制降噪策略[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.
[41] BI G, WANG G, ZHANG G, et al.Low-Noise Initial Position Detection Method for Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drives[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2020，35(12)：13333-13344.
[42] 吳春，董士帆，鐘德剛，等. 基于電流過采樣的永磁同步電機電壓脈沖注入無位置傳感器控制[J] .電工技術(shù)學(xué)報，2018，33(24)：5678-5687.
[43] 劉計龍，付康壯，麥志勤，等. 基于雙頻陷波器的改進(jìn)型高頻脈振電壓注入無位置傳感器控制策略[J]. 中國電機工程學(xué)報，2021，41(2)：749-759.
[44] NI R G, XU D G, BLAABJERG F, et al.Square-Wave Voltage Injection Algorithm for PMSM Position Sensorless Control With High Robustness to Voltage Errors[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2017，32(7) ：5425-5437.
[45] BAO D Y, YI W, PAN X W, et al.Improved sensorless control method combining SMO and MRAS for surface PMSM drives[C]//IEEE Industry Applications Society Annual Meeting，2017.
[46] 姚瑩，李偉，金海，等. 基于龍貝格觀測器的 PMSM 無位置傳感器控制系統(tǒng)設(shè)計[J] . 電子科技，2020，33(10)：45-50.
[47] 陳衛(wèi)兵，宗蔚，張凱泉，等. 基于龍伯格觀測器的內(nèi)埋式永磁同步電機無位置控制算法[J] . 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，30(2)：21-25.
[48] 張震，沈?qū)W珂，程欣. 永磁同步電機全速范圍內(nèi)無位置傳感器控制[J] . 鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2019，40(2)：35-40.