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高速永磁同步電機(jī)（High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM）因具有體積小、質(zhì)量輕和高功率密度等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高速機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及飛輪儲(chǔ)能等領(lǐng)域。高速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子位置的精度對電機(jī)的運(yùn)行性能至關(guān)重要。

轉(zhuǎn)子位置的獲取方式主要包括機(jī)械式的位置傳感器和無位置傳感器算法。其中，機(jī)械式的位置傳感器會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)的體積與成本，因此，常采用無位置傳感器算法。有學(xué)者將無位置傳感器算法分為基于電機(jī)模型的直接估算法、基于狀態(tài)觀測器的閉環(huán)算法以及信號(hào)注入法。其中，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器基于電機(jī)的電壓方程，直接計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈在坐標(biāo)軸的分量以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置估算，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、簡單易行，得到了較為廣泛的應(yīng)用。

在高速運(yùn)行條件下，采用無位置傳感器算法容易受到諸多非理想因素的影響，造成明顯的轉(zhuǎn)子位置估算誤差。為解決這些問題，南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的研究人員首先對高速運(yùn)行條件下環(huán)路濾波器、電感參數(shù)偏差或電壓電流采樣偏差等非理想因素所造成的轉(zhuǎn)子位置估算誤差進(jìn)行分析，并歸納為基頻相關(guān)和非基頻兩種類型。

圖1 轉(zhuǎn)子位置估計(jì)器結(jié)構(gòu)

為統(tǒng)一補(bǔ)償各類位置估測誤差，他們提出一種基于自適應(yīng)基準(zhǔn)鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)子位置誤差全補(bǔ)償方法：一方面，對誤差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并通過鎖相環(huán)（Phase-Locked Loop, PLL）得到與基頻相關(guān)誤差的補(bǔ)償值；另一方面，鎖相環(huán)基準(zhǔn)隨最小電流目標(biāo)值進(jìn)行自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整，從而到達(dá)對非基頻相關(guān)誤差的補(bǔ)償。科研人員基于一臺(tái)高速永磁同步電機(jī)進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提出的轉(zhuǎn)子位置估算誤差全補(bǔ)償方法的有效性。

圖2 高速永磁同步電機(jī)與驅(qū)動(dòng)平臺(tái)

科研人員表示該方法的優(yōu)勢在于：1）無需對位置估算誤差準(zhǔn)確定量，即可實(shí)現(xiàn)對位置估算誤差的全補(bǔ)償；2）補(bǔ)償算法中未引入敏感參數(shù)，具有一定的魯棒性；3）該方法與轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器相配合，在電感參數(shù)誤差為100%的情況下，能夠準(zhǔn)確地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，提高了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的適用性和魯棒性。

本文編自2021年第20期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于自適應(yīng)基準(zhǔn)鎖相環(huán)的高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置誤差全補(bǔ)償方法”，作者為王曉琳、劉思豪 等。