【導讀】在僅有單母線電流傳感器的情況下


，實現永磁同步電機的零低速高頻方波注入、中高速模型參考自適應位置觀測器、零低速與中高速之間的平滑切換
、中高速下帶速重投等功能
，最終取得了全速範圍高動態性能
、高穩態精度無位置傳感器控製
，實驗結果表明所提策略的有效性。

作品選用GD32F407VGT6單(dan)片(pian)機(ji)作(zuo)為(wei)主(zhu)控(kong)芯(xin)片(pian)
，將(jiang)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)無(wu)感(gan)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)與(yu)單(dan)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)兩(liang)個(ge)研(yan)究(jiu)熱(re)點(dian)相(xiang)結(jie)合(he)
，利(li)用(yong)單(dan)母(mu)線(xian)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)實(shi)現(xian)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)全(quan)速(su)範(fan)圍(wei)無(wu)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)，主(zhu)要(yao)創(chuang)新(xin)點(dian)有(you)：

1）提出一種準邊沿對齊脈寬調製技術和單母線電流分時采樣誤差補償方法
，提高了單母線電流傳感器電流檢測精度
；

2）提ti出chu單dan母mu線xian電dian流liu采cai樣yang下xia的de基ji準zhun邊bian沿yan對dui齊qi脈mai寬kuan調tiao製zhi技ji術shu的de全quan速su無wu位wei置zhi傳chuan感gan器qi控kong製zhi策ce略lve

，零ling低di速su采cai用yong高gao頻pin方fang波bo注zhu入ru位wei置zhi估gu計ji，並bing結jie合he模mo型xing參can考kao自zi適shi應ying觀guan測ce器qi，實shi現xian了le高gao動dong態tai性xing能neng、高穩態精度的全速範圍無位置傳感器控製；

3）提出一種單母線電流采樣下的動態零矢量注入初始位置估計方法

，可以實現表貼式/內嵌式兩類永磁同步電機的初始位置和轉速估計
，在電機具有大初始速度情況下可以快速切入閉環運行（簡稱帶速重投），為大慣量係統的安全可靠運行提供了保障。

作品以國產MCU為(wei)核(he)心(xin)，配(pei)合(he)成(cheng)熟(shu)的(de)硬(ying)件(jian)方(fang)案(an)和(he)完(wan)善(shan)的(de)軟(ruan)件(jian)算(suan)法(fa)，解(jie)決(jue)了(le)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)在(zai)單(dan)母(mu)線(xian)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)拓(tuo)撲(pu)驅(qu)動(dong)下(xia)零(ling)低(di)速(su)和(he)中(zhong)高(gao)速(su)範(fan)圍(wei)內(nei)無(wu)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)問(wen)題(ti)，實(shi)驗(yan)效(xiao)果(guo)優(you)異(yi)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)在(zai)風(feng)機(ji)、水泵

、電動工具等應用領域具有積極意義。

算法簡介

準邊沿對齊脈寬調製及單母線電流分時采樣誤差補償

QEAPWM方法核心思想是將三相PWM導通時刻移到一個邊沿，並重新分布零矢量。QEAPWM的有效矢量計算與分布
，零矢量的插入，PWM邊沿移相，分別如圖1 (a)、(b)
、(c)所示

，將三相PWM波形移至PWM周期的左側
，生成QEAPWM。


在額定負載情況下測試

，本作品使用的QEAPWM性能在各方麵都非常接近基於SVPWM的常規方法。通過電機的電壓方程與采樣矢量dq軸電壓方程udq_s得到采樣矢量作用時的_dq_軸電流增量進行反Park和反Clarke變換，即可得到ABC坐標係的電流增量，完成三相電流的補償。

單母線電流采樣下的基於QEAPWM的全速無位置傳感器控製

提出一種方波高頻注入+MRAS觀測器相結合的永磁同步電機全速無位置傳感器控製策略，其控製框圖如圖4所示。

當轉速小於時

，角度與轉速信息均由高頻注入法獲得；當轉速大於時
，角度與轉速信息均由觀測器法獲得；當轉速處於過渡區間時
，角度與轉速信息采用如圖5(b)所示的線性加權方式獲得。

如圖6所示對全速域無感進行測試，在空載情況下，實現高動態響應轉速閉環控製。在帶載情況下，驅動器的角度估計精度基本無變化。


單母線電流采樣下的動態零矢量注入帶速重投方法

AZVVI通(tong)過(guo)注(zhu)入(ru)合(he)成(cheng)矢(shi)量(liang)等(deng)效(xiao)為(wei)零(ling)矢(shi)量(liang)的(de)六(liu)有(you)效(xiao)矢(shi)量(liang)，通(tong)過(guo)有(you)效(xiao)矢(shi)量(liang)激(ji)勵(li)下(xia)的(de)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)采(cai)樣(yang)，實(shi)現(xian)轉(zhuan)子(zi)初(chu)始(shi)位(wei)置(zhi)和(he)初(chu)始(shi)速(su)度(du)的(de)估(gu)計(ji)與(yu)快(kuai)速(su)帶(dai)速(su)重(zhong)投(tou)。圖(tu)7所示為注入六個電壓矢量。圖8為PLL的框圖。


圖9展zhan示shi是shi否fou采cai用yong帶dai速su重zhong投tou策ce略lve投tou切qie的de對dui比bi實shi驗yan圖tu，由you於yu沒mei有you正zheng確que估gu計ji電dian機ji轉zhuan子zi位wei置zhi與yu轉zhuan速su，直zhi接jie重zhong投tou衝chong擊ji電dian流liu較jiao大da，很hen有you可ke能neng造zao成cheng驅qu動dong器qi的de損sun壞huai。使shi用yongAZVVI法後重新切入
，驅動器順利重投而無衝擊電流。


作品總結

本作品設計了基於國產GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機控製器，並提出一係列創新的電機控製算法。

在僅有單母線電流傳感器的情況下，實現永磁同步電機的零低速高頻方波注入、中高速模型參考自適應位置觀測器
、零低速與中高速之間的平滑切換

、中高速下帶速重投等功能，最終取得了全速範圍高動態性能、高穩態精度無位置傳感器控製
，實驗結果表明所提策略的有效性。

所設計控製器性能優越
、成本低、可靠性高
，對提升永磁同步電機在工業驅動、航空航天

、汽車電子、家用電器等領域的應用，具有重要的應用價值。

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