對(duì)于永磁同步電機(jī)（PMSM）而言，高頻信號(hào)注入法是一種有效的零低速無(wú)位置傳感器控制方法。然而，注入的高頻信號(hào)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的可聽(tīng)噪聲問(wèn)題，無(wú)法滿足艦船推進(jìn)等高端領(lǐng)域的應(yīng)用要求。為此，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院的孫明陽(yáng)、和陽(yáng)、邱先群、陶濤、趙文祥，在2023年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出隨機(jī)頻率三角波電壓注入無(wú)位置傳感器控制方法，解決了永磁同步電機(jī)的噪聲問(wèn)題。

多相永磁電機(jī)具有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度、高母線電壓利用率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于艦船推進(jìn)等高端領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)的正六相電機(jī)，相移30 °的雙三相永磁同步電機(jī)（DTP-PMSM）在繞組因數(shù)、轉(zhuǎn)矩性能等方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

為了實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)高性能控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息不可或缺。轉(zhuǎn)子位置信息通常由機(jī)械安裝的位置傳感器獲得，但會(huì)增加成本和質(zhì)量，降低系統(tǒng)可靠性。為解決這一問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了無(wú)位置傳感器控制策略研究。

無(wú)位置傳感器控制可分為兩種，即適用于中高速的反電動(dòng)勢(shì)或磁鏈法和適用于零低速的高頻信號(hào)注入法。高頻信號(hào)注入法根據(jù)注入坐標(biāo)系不同，可分為兩相靜止坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)注入法和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的脈振注入法。

此外，根據(jù)注入信號(hào)不同，又可分為正弦波注入法和方波注入法。雖然高頻信號(hào)注入法能實(shí)現(xiàn)零低速下的位置估計(jì)，但是會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，限制了該方法在低噪聲領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作。目前，降低高頻噪聲的方法可分為三類：減小注入信號(hào)幅值、調(diào)整注入信號(hào)的頻率和隨機(jī)注入。

減小注入信號(hào)幅值是降低信號(hào)注入產(chǎn)生的高頻噪聲最簡(jiǎn)單直接的方法。有學(xué)者提出了一種分析模型法來(lái)選擇注入高頻電壓的幅值，以最大可接受的位置誤差來(lái)降低注入電壓幅值。然而，降低注入高頻電壓的幅值，會(huì)使得高頻響應(yīng)電流信號(hào)的信噪比也隨之降低，導(dǎo)致估計(jì)的位置角不準(zhǔn)確。有學(xué)者借助現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）和Delt/Sigma采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低注入幅值下的位置角提取，但這種方法對(duì)硬件條件要求較高。

人耳聽(tīng)覺(jué)范圍為20 Hz～20 kHz，調(diào)整注入信號(hào)的頻率也可以降低噪聲的影響。有學(xué)者將注入信號(hào)頻率提高到PWM開(kāi)關(guān)頻率，但高頻損耗會(huì)大大增加。有學(xué)者提出了一種低頻電流注入法，但該方法需要設(shè)計(jì)額外的控制器，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。有學(xué)者將注入頻率降低到50 Hz，實(shí)現(xiàn)了降低噪聲的效果。但是，低頻響應(yīng)電流和基頻電流不容易分離，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能也較差。

隨機(jī)注入的思想來(lái)源于隨機(jī)脈寬調(diào)制，主要思路是通過(guò)隨機(jī)化頻率降低高頻噪聲。有學(xué)者提出了一種方波頻率不變、相位隨機(jī)化的注入方法。有學(xué)者提出了一種方波頻率隨開(kāi)關(guān)頻率同時(shí)隨機(jī)變化的降噪方法。有學(xué)者提出了一種雙隨機(jī)注入方法，頻率與相位同時(shí)隨機(jī)變化，進(jìn)一步降低了高頻噪聲。有學(xué)者提出了隨機(jī)頻率正弦波注入法以降低高頻噪聲。但是，正弦波和方波在注入頻率處的最大噪聲相對(duì)較大，難以滿足要求。

針對(duì)高頻注入法無(wú)位置傳感器控制的高頻噪聲相關(guān)問(wèn)題，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院的研究人員發(fā)表研究成果，提出了一種基于隨機(jī)頻率高頻三角波電壓注入的無(wú)位置傳感器控制方法。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

該方法將三角波形式的高頻電壓信號(hào)注入到估計(jì)的轉(zhuǎn)子參考系中，降低注入頻率處的最大噪聲。此外，為了解決固定頻率注入帶來(lái)的噪聲問(wèn)題，采用隨機(jī)頻率三角波注入法，拓寬了相電流的功率譜密度（PSD），降低了離散譜峰值，使得高頻噪聲降低。從感應(yīng)的高頻電流中解調(diào)出轉(zhuǎn)速和位置角信息，實(shí)現(xiàn)低速下的無(wú)位置傳感器控制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高頻三角波電壓注入法降低了注入頻率處的最大噪聲，且通過(guò)隨機(jī)化注入電壓的頻率，降低了高頻噪聲。同時(shí)，隨機(jī)三角波的最大噪聲也低于傳統(tǒng)隨機(jī)正弦波和隨機(jī)方波。

本工作成果發(fā)表在2023年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“隨機(jī)頻率三角波注入永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器降噪控制”。本課題得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、鎮(zhèn)江市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃的支持。

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網(wǎng)址: 永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的新方法，可有效解決電機(jī)噪聲問(wèn)題 http://m.gysdgmq.cn/newsview1914908.html