永磁同步電機控制大多采用位置傳感器獲取轉子位置信息，考慮到減小控制裝置大小、降低成本以及系統的后期維護和可靠性問題，需摒棄傳統位置傳感器，實現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子位置存在明顯誤差，控制系統穩定性明顯下降。如何提高零速以及低速段轉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，國內外學者提出多種轉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；根據信號注入坐標系又可分為基于靜止坐標系下的旋轉信號注入法和基于假定旋轉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雜、執行時間長的問題，文獻[14]將高頻信號注入法與載波頻率成分法相結合，實現對永磁同步電機轉子磁極方向的判定。對于高頻注入法轉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子參考坐標系中，提出相應的信號解調方法用于提取轉子位置信息。在對隨機頻率注入方案原理分析的基礎上，考慮了高頻信號中的數字時延效應，提出了一種信號解調的補償方法，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穩定性的影響。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變化、反電動勢和交叉耦合項對轉子位置估計誤差的影響。本文分析了傳統永磁同步電機脈振高頻電壓注入法采用傳統調制信號下定子電阻與電感參數不同匹配對電機轉子位置估計系統穩定性的影響，表明不同的電阻與電感參數匹配易造成電機轉子位置估計系統不穩定。

針對該問題，利用鎖相環技術鎖定交軸高頻電流響應相位，構造新型同相位的調制信號用于對高頻交軸電流響應的處理，保證電機轉子位置估計系統為穩定的負反饋系統。另外，傳統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學模型的影響，而反電動勢項與交叉耦合項對高頻數學模型的影響隨電機轉速的升高逐步增大，影響轉子位置估計精度。

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

圖5 永磁同步電機交流調速實驗平臺

結論

1）本文分析了傳統永磁同步電機脈振高頻電壓注入法采用傳統調制信號下，定子電阻與電感參數不同匹配對電機轉子位置估計系統穩定性的影響，表明不同的電阻與電感參數匹配易造成轉子位置估計系統不穩定。

針對這一問題，設計新型調制信號保證轉子位置估計系統為穩定的負反饋系統。同時，考慮到電機轉速升高對高頻數學模型的影響，提出新型轉子位置估計誤差補償策略，有效避免轉速升高情況下反電動勢項以及交叉耦合項造成轉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，對基于新型轉子估計誤差補償策略下的相應實驗波形進行分析研究，實驗結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控制系統參數的選擇與優化提供了理論依據。