摘 要

随着永磁同步电机技术的发展，人们发现永磁同步电机结构简单，体积小，损耗少，重量轻等优点。无传感器永磁同步电机更是在此基础上缩小了电机的体积减少了制造的成本。本文主要就是对永磁同步电机低速度范围无速度传感器的控制研究，并选择了基于矢量控制的高频注入法作为设计的方法。

本文首先介绍了永磁同步电机的优缺点，分类，应用和几种控制方法等,在Id=0的矢量控制方法基础上，进行SVPWM逆变等一系列的原理阐述，从中高速到低速范围介绍了关于永磁同步电机无速度传感器的实现方法,然后选择高频注入法进行更深一步进行数学建模和无传感器控制原理讲解，用MATLAB里的Simulink仿真出具体的结果并进行实验结果分析。

MATLAB上的仿真是基于转速和电流的闭环控制，里面包含的有PI反馈控制模块，SVPWM逆变模块，SFF模块，跟踪观测器模块等，同时对每个模块的组成和作用进行说明，将仿真出的估算转子位置和实际转子位置进行作差输出，以充分证明设计方法的可行性。

关键词：永磁同步电机 无传感器 低速度 矢量控制 SVPWM

Abstract

With the development of PMSM technology, it is found that PMSM has the advantages of simple structure, small volume, less loss and light weight. On this basis, the size of sensorless PMSM is reduced and the manufacturing cost is reduced. This paper mainly studies the control of PMSM without speed sensor in low speed range, and chooses the high frequency injection method based on vector control as the implementation method.

Firstly, this paper introduces the advantages and disadvantages, classification, application and several control methods of PMSM. Based on the vector control method of id = 0, this paper expounds a series of principles such as SVPWM inverter, and introduces the realization method of speed sensorless PMSM in the range of medium high speed to low speed, Then choose the high frequency injection method to further carry out the mathematical modeling and sensorless control principle explanation, use the Simulink in MATLAB to simulate the specific results and analyze the experimental results.

The simulation on MATLAB is based on the closed-loop control of speed and current, which includes PI feedback control module, SVPWM inverter module, SFF module, tracking observer module, etc. at the same time, the composition and function of each module are explained, and the estimated rotor position and the actual rotor position are output as a difference to fully prove the feasibility of the selected method.

Keyword：PMSM High Frequency Signal Injection

目录

第1章绪论 1

1.1引言 1

1.2永磁同步电机无速度传感器的发展 1

1.3 永磁同步电机无速度传感器的实现方式 2

1.3.1中高速无传感器控制方法 2

1.3.2低速无传感器控制方法 3

1.3.3全速度无传感器控制方法 3

1.4 本文研究内容 4

第2章 基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制 5

2.1 永磁同步电机的矢量控制 5

2.1.1 Clarke变换 5

2.1.2 Park变换 5

2.1.3矢量控制的具体形式 6

2.2 SVPWM介绍及实现方法 6

2.3 PI环参数的确定 11

2.4 基于SVPWM的建模和仿真 11

2.4.1 坐标变换仿真 11

2.4.2 SVPWM仿真 12

2.4.3基于SVPWM的矢量控制仿真 16

2.5本章小结 18

第3章基于跟踪观测器的高频信号注入法的原理和仿真 19

3.1永磁同步电机的数学模型 19

3.2旋转高频电压注入法原理 19

3.3脉振高频电压注入法的原理 20

3.4跟踪观测器原理 21

3.5 PLL（锁相环）原理 22

3.6旋转高频电压注入法的仿真 23

3.7脉振高频电压注入法的仿真 26

3.8两种方法的比较 28

3.9 本章小结 29

第4章总结和展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1引言

永磁同步电机（PMSM）相对于普通电机，不需要无功励磁电流，转而用永磁体来产生气隙磁场。将三相对称电流通入到永磁同步电机的定子中去，产生一个旋转磁场，定子产生的磁场和用永磁体制成的转子产生的磁场相互作用，在气隙中形成了一个合成磁场，它与转子产生的磁场发生相互作用，产生了一个电磁转矩来推动或阻碍电机旋转。我国是稀土大国，永磁同步电机所需要的稀土永磁材料钕铁硼在我国资源十分丰富，使永磁同步电机的成本大大降低，因此永磁同步电机在我国有迅速的发展空间和很好的应用前景。

永磁同步电机的高性能和高可靠性对于转子位置信息的测量有极为准确的要求，传统的传感器由于受到安装情况和外部环境的影响，有时无法准确的得到转子的位置信息，从而导致整个系统的性能下降，同时，各种各样的传感器也会增加永磁同步电机的成本。因此，为了降低成本和提高性能，无传感器永磁同步电机控制就成为了研究的热点。

永磁同步电机无传感器控制在具体实现中也是困难重重，其中一类方法是基于电动机产生的转速和反电动势进行估算得出转子的相应位置信息，但由于电动机运行在低速范围内时，产生的噪声多，有用信号难以提取。另外一种是采取对电机凸极进行检测的方法，将位置信息分离出来，这种方法适用于低速度范围内的永磁同步电机无速度传感器控制，在高速范围内性能不太稳定，但由于其应用范围广，人们对其进行深入的研究并且得到很多基于此的控制方法。本文所选择的高频信号注入法也是其中一种。还有一种复合方法，也就是将高频注入法和反电动势法结合起来，这样在全速度应用范围也能有很高的稳定性。