CN109039204A - 车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统及方法，该系统包括：最大转矩电流比控制器，获取定子电流参考值；定子电流反馈模块：获取定子电流反馈值；位置观测器模块，观测永磁同步电机转速和转子位置角；电流预测控制模块，根据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；旋转高频电压注入模块，产生旋转高频电压信号并与定子电压参考值叠加得到控制电压；SVPWM调制模块：对控制电压进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，逆变器连接永磁同步电机。与现有技术相比，本发明既可以实现电流控制性能的优化，又可以简化控制器硬件，提高控制系统可靠性。

Description

车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种车用永磁同步电机控制技术，尤其是涉及一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统及方法。
背景技术
在当今汽车工业领域，资源浪费和环境污染是影响其发展的主要问题，因此各国加快了新能源汽车的开发。其中电动汽车以车载电源为动力，采用电机将电能转换成机械能，提供源动力驱动车轮行驶，对环境更加友好，具有很好的发展前景。永磁同步电机(PMSM)以其高功率密度、高输出转矩、高效率等特点，在电动汽车驱动系统领域得以广泛应用。针对永磁同步电机的各种控制技术得到了广泛研究，如矢量控制、直接转矩控制、滑模控制和模糊控制等。但是在应用中，这些控制技术都存在一定的不足，如电流谐波含量大、动态响应慢、转矩脉动大等。永磁同步电机调速系统往往需要安装位置传感器以检测转子位置和速度，完成对电机的精确控制。但安装传感器，不仅加大了电机的空间尺寸，而且额外增加了连接线和电路，使系统易受干扰，传感器的安装容易出现偏心等技术问题，影响到系统的耐用性和可靠性。
预测控制从工业控制中发展而来，具有很强工业应用基础和良好的实践经验。将预测控制策略与永磁同步电机特性相结合开发高性能的永磁同步电机控制策略，具有很好的实用价值。预测控制系统都可概括由模型预测、滚动优化、反馈校正三个部分组成，具有较好的参数鲁棒性和响应速度。但传统预测控制系统仍依赖于位置传感器检测转子位置以实现精确控制，系统可靠性不足。
使用性能良好的无位置传感器控制技术，则可以较好的解决上述使用机械式位置传感器会出现的问题。并且可以省去昂贵的机械传感器、降低维护费用、减小空间体积，增加系统在特定环境下运行可靠性。但是现有无位置传感器技术一般基于矢量控制系统，仍然存在矢量控制技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，该系统包括：
最大转矩电流比控制器：根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
定子电流反馈模块：获取永磁同步电机定子电流反馈值；
位置观测器模块：观测永磁同步电机转速和转子位置角；
电流预测控制模块：根据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
旋转高频电压注入模块：产生旋转高频电压信号并与定子电压参考值叠加得到控制电压；
SVPWM调制模块：对控制电压进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，所述的逆变器连接永磁同步电机。
所述的定子电流反馈模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、PARK变换子模块和低通滤波器，所述的电流传感器检测永磁同步电机定子电流，所述的低通滤波器输出永磁同步电机定子电流反馈值。
所述的位置观测器模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、带通滤波器、同步轴系高通滤波器和位置观测器，所述的电流传感器检测永磁同步电机定子电流，所述的同步轴系高通滤波器输出永磁同步电机定子高频电流负序分量，所述的位置观测器根据永磁同步电机定子高频电流负序分量观测永磁同步电机转速和转子位置角。
所述的电流预测控制模块的控制律为：
U＝(HTWyH+Wu)-1HTWy(I*-Pi(k)-Dωe(k)-e)，
其中，U为定子电压参考值，I*为定子电流参考值，i(k)为k时刻定子电流反馈值，ωe(k)为k时刻永磁同步电机转速，e为定子电流预测误差，H、P、D为预测模型系数矩阵，Wy为每一步定子电流预测值所占比重，Wu为每一步定子电压所占比重。
所述的旋转高频电压信号为：
α＝ωht+φ，
其中，uαh、uβh分别为αβ坐标系下注入的旋转高频电压分量，Uh、ωh分别为注入的旋转高频电压的幅值和角频率，φ为注入旋转高频电压信号初始相角。
一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制方法，该方法包括如下步骤：
(1)根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
(2)获取永磁同步电机定子电流反馈值；
(3)采用旋转高频注入无位置传感器控制技术获取永磁同步电机转速和转子位置角；
(4)据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
(5)向定子电压参考值中注入旋转高频电压信号并进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，进而控制永磁同步电机工作。
步骤(3)具体为：获取永磁同步电机定子电流实时值，采用同步轴系高通滤波器滤除永磁同步电机定子高频电流正序分量得到永磁同步电机定子高频电流负序分量，通过位置观测器观测得到永磁同步电机转速和转子位置角。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用电流预测控制取代传统永磁同步电机矢量控制，减小电流谐波，提高响应速度，同时引入旋转高频电压注入模块，旋转高频注入无位置传感器控制技术可以准确有效的检测转子位置信息，解决位置传感器引入对系统稳定性带来的影响，相比于传统电机控制系统，既可以实现电流控制性能的优化，又可以简化控制器硬件，减小控制器成本提高控制系统可靠性；
(2)本发明电流预测控制采用模型预测，计算电机状态变化，预测不同输入量对电流的影响，实现对定子电流的精确控制，电流预测控制具有如下优势：a、设计电流二次误差评价函数，采用最优控制律求解输入量参考值，通过多步预测滚动优化，考虑预测输出对未来一定时间的影响，能够减小定子电流谐波，提高响应速度，实现电流最优控制；b、根据电流控制器参考值设计参考曲线，保证响应速度的同时，防止控制量变化频率过快，控制策略稳定性最优；c、利用上一周期预测值与电流传感器采样值进行反馈校正，减小模型误差对模型预测产生的影响，系统鲁棒性较好；
(3)本发明旋转高频注入无位置传感器控制技术利用电机对注入高频电压响应特性检测位置，解决磁链观测器等方法在电机零低速时难以启动的问题，不依赖于电机磁链或者反电势特性，运行稳定性好。
附图说明
图1为车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统的结构框图；
图2为电流预测控制模块的结构框图；
图3为实际转子位置坐标与估计转子位置坐标关系图；
图4为同步轴系高通滤波器的基本结构示意图；
图5为基于外差法的解调器原理结构图；
图6为采用本发明控制方法的永磁同步电机三相电流仿真波形；
图7为采用本发明控制方法的永磁同步电机交直轴电流仿真波形；
图8为采用本发明控制方法的永磁同步电机转矩仿真波形；
图9为采用本发明控制方法的永磁同步电机转子位置仿真波形；
图10为采用本发明控制方法的永磁同步电机转子位置误差仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1所示，一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，该系统包括：
最大转矩电流比控制器(MTPA控制器)：根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
定子电流反馈模块：获取永磁同步电机定子电流反馈值；
位置观测器模块：观测永磁同步电机转速和转子位置角；
电流预测控制模块：根据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
旋转高频电压注入模块：产生旋转高频电压信号并与定子电压参考值叠加得到控制电压；
SVPWM调制模块：对控制电压进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，逆变器连接永磁同步电机。
定子电流反馈模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、PARK变换子模块和低通滤波器(LPF)，电流传感器检测永磁同步电机定子电流，低通滤波器输出永磁同步电机定子电流反馈值。
位置观测器模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、带通滤波器(BPF)、同步轴系高通滤波器(SFF)和位置观测器，电流传感器检测永磁同步电机定子电流，同步轴系高通滤波器输出永磁同步电机定子高频电流负序分量，位置观测器根据永磁同步电机定子高频电流负序分量观测永磁同步电机转速和转子位置角。
电流预测控制模块采用模型预测控制，其与传统控制的不同点在于将控制量对系统未来的状态量的影响纳入考虑范围。具体来说就是利用对象已知的过去信息和未来输入信息来预测未来的响应。预测模型给预测控制提供先验信息，以此决定控制输入的形式，从而达到未来时刻输出跟随预期参考轨迹变化的目的。具体地，模型预测控制实现流程为，根据电流参考值计算参考轨迹用于每一步预测和计算。根据电流预测值和反馈值计算预测误差，使用最优控制器计算出两步预测的电压输入。使用滚动优化原则输出最优电压控制序列的第一项。每一步更新预测结果并重复程序。
预测电流控制器控制律为通过求得的评价函数最优解。计算使评价函数达到的最小值时的控制量序列U即为电流预测控制器的控制律。
如图2所示，电流预测控制模块可概括由模型预测、滚动优化、反馈校正三个部分的组成。其具体实现过程是：在k时刻，根据预测模型和假设未来两个时刻的电压参考值序列，对未来两个时刻内电机电流进行预测；利用k-1时刻的电流预测值与该时刻实际电流反馈值计算预测误差，并对k时刻系统电流预测值进行校正，实现反馈校正过程；在给定的时域内，输入校正后的k时刻电流预测值，利用最优控制器求解获得给定时域内的电压参考值序列，仅将求解得到电压参考值序列的第一项作用于系统。
由于无位置传感器模型预测控制系统需要注入高频电压信号，在电机中产生的高频电流用于转子位置和转速的观测。在电流预测控制器中，需要滤除高频电流，对基波电流进行控制。电流传感器检测电流经低通滤波器(LPF)滤除反馈电流中的高频信号。
因此电机电流预测模型为：
式中，ud、uq、id、iq、Ld、Lq分别为定子电压、定子电流、定子电感的d轴分量和q轴分量，ωe为电机电角速度，R为定子电阻，ψpm为转子永磁体磁链；
公式(1)可以通过采样时间Ts进行离散化，可将公式写为：
i(k+1)＝Ai(k)+Bu(k)+Gωe(k) (2)
其中：
模型预测控制根据电流参考值计算参考轨迹用于每一步预测和计算。根据电流预测值和反馈值计算预测误差，使用预测电流控制器计算出两步预测的电压控制量。使用滚动优化原则输出最优电压控制序列的第一项。每一步中计算新的预测结果然后重复程序。预测控制主要的步骤为预测输出和确定控制律。通过离散化的电流预测模型推导出未来两个时刻的预测输出，方程如下：
I＝Pi(k)+HU+Dωe(k) (3)
其中：
I＝[i(k+1) i(k+2)]T，U＝[u(k) u(k+1)]T
P＝[A A2]T，
选取I*为参考轨迹，通常采用以下形式，其中a为系数。
未来两个时刻的电流参考值为：
因此，设计电流预测控制模块评价指标J为使模型预测值和未来参考值误差的平方最小的二次型误差函数：
J＝(I-I*-e)TWy(I-I*-e)+UTWuU (6)
其中，I为定子电流预测值，I*为定子电流参考值，e为定子电流预测误差，U为定子电压参考值，Wy为每一步定子电流预测值所占比重，Wu为每一步定子电压所占比重。Wu∈R4×4是一个正定矩阵，通常是一个对角线矩阵表示每个控制量的权重，U∈R1×4是输入。矩阵Wu反映控制量电压所占的比重。当Wu中元素的值为零时控制器的响应具有较大的超调，所以Wu中的元素不可为零。若Wu中元素的值为零，则代表可以提供不受限制的输出电压，无法反应实际器件输出能力受到限制的情况。Wy使每个预测的输出保持独立，但可能提高控制对象的响应时间。
从公式(3)到(6)，通过I推导出仅由输出电压U影响的评价函数。使计算使评价函数达到最小值时的控制序列U，即为电流预测控制模块的控制律：
U＝(HTWyH+Wu)-1HTWy(I*-Pi(k)-Dωe(k)-e) (7)
其中，U为定子电压参考值，I*为定子电流参考值，i(k)为k时刻定子电流反馈值，ωe(k)为k时刻永磁同步电机转速，e为定子电流预测误差，H、P、D为预测模型系数矩阵，Wy为每一步定子电流预测值所占比重，Wu为每一步定子电压所占比重。
如图1所示，旋转高频注入法无位置传感器技术向电机绕组中注入三相对称的高频电压信号作为激励，使用电流传感器检测其产生的电流响应，对含有转子位置信号的高频成分进行解调处理，最终获得转子位置与转速信息，实现无位置传感器控制。
电流传感器检测电流经BPF滤除基波电流、载波频率电流和其它频次的谐波电流，输出高频电流；高频电流中的正序分量和负序分量在矢量坐标中的旋转方向相反，使用SFF将正序成分滤除。输出高频电流的负序分量，采用外差法解调器作为位置观测器对其进行信号处理，可以计算转子位置和转速的观测值。
在高频电压注入的电机系统中，高频成分中含有转子位置信息，选取的高频信号的频率要远高于电机的旋转频率，此时电机绕组的感抗远大于相电阻，可不计相电阻。高频电压注入法通常应用在零速和低速段，电机的旋转角频率非常小，电压方程的反电势项和交叉耦合项忽略不计。
所述永磁同步电机在高频电压信号的激励下，运行在无位置传感器控制模式时，定子回路可以等效为纯电感模型，PMSM运行在稳态时，d、q轴的高频电压、电流和电感均为标准正余弦信号，此时电压方程可表示为：
udh、uqh、idh、iqh、Ldh、Lqh分别为dq坐标系中d、q轴的高频电压、电流和电感。
定义转子位置估计误差Δθ为：
Δθ＝θ-θe (9)
将实际的转子位置θ、估计的转子位置θe和估计误差Δθ三者的关系通过坐标图进行描述，如图3所示。d-q为实际的两相旋转坐标系，de-qe为估计的两相旋转坐标系，两个坐标系间电气量关系为：
和ud、uq表示估计的两相旋转坐标系下d、q轴电压和实际的两相旋转坐标系下d、q轴电压。
将dq坐标系的变量经过坐标变换，在αβ坐标系下，PMSM的数学模型可以表示为：
式中，ψd、ψq为定子磁链的d轴分量和q轴分量，
选取注入的高频信号时，充分考虑解调时的可行性，其频率通常选择为最大基频运行频率的10倍以上，且可忽略电子相电阻，在αβ坐标系下，永磁同步电机的定子高频电压方程简化为：
在αβ坐标系中注入的高频旋转矢量，注入高频电压信号如下。
其中，uαh、uβh分别为αβ坐标系下注入的旋转高频电压分量，Uh、ωh分别为注入的旋转高频电压的幅值和角频率，φ为注入旋转高频电压信号初始相角。
由(14)，可以获得高频电流响应为：
进一步得：
由于ω＜＜ωh，上式忽略ω可得：
高频定子电流矢量形式为：
分别为正序、负序高频电流分量的幅值。
在注入旋转高频电压信号时，响应的高频电流以矢量形式表示时，由幅值为Ipos的正序分量和幅值为Ineg的负序分量构成，只有负序分量包含转子位置θ。经SFF提取出高频电流中的负序分量，观测转子位置信息。
如图4所示，在位置观测器模块SFF通过坐标变换把αβ轴的高频电流矢量转换到特定频率的同步旋转轴系，将需要滤除的特定频率分量变换为直流量，经高通滤波器再转换到αβ轴旋转坐标系中，输出高频负序电流分量。ωc表示SFF中高通滤波器的截止角频率，通常取值较小，避免造成有效信号的失真。
如图5所示，位置观测器使用外差法调节。高频电流的负序分量输入外差法位置观测器，将误差信号ε调节收敛至零，估计转子位置趋近于实际的转子位置。误差信号满足如下表达式：
将误差信号ε调节收敛至零，估计的转子位置就无限趋近于实际的转子位置和转速。
一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制方法，该方法包括如下步骤：
(1)根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
(2)获取永磁同步电机定子电流反馈值；
(3)采用旋转高频注入无位置传感器控制技术获取永磁同步电机转速和转子位置角；
(4)据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
(5)向定子电压参考值中注入旋转高频电压信号并进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，进而控制永磁同步电机工作。
步骤(3)具体为：获取永磁同步电机定子电流实时值，采用同步轴系高通滤波器滤除永磁同步电机定子高频电流正序分量得到永磁同步电机定子高频电流负序分量，通过位置观测器观测得到永磁同步电机转速和转子位置角。
如图6所示，采用本发明的控制方法，三相电流正弦度较好，谐波含量较少。由图7、8可知，采用本发明的控制方法，电流响应速度较快，转矩响应速度也有所提高，由于谐波含量减少，转矩脉动相应减小。由图9、10可以看出，采用本发明控制方法在恒定速度运行阶段位置检测误差较小，检测精度较高，在加速阶段位置检测误差大于恒速阶段，且在加速阶段和恒定速度运行阶段，所反馈转子位置均能保证电机控制系统稳定运行。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，其特征在于，该系统包括：
最大转矩电流比控制器：根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
定子电流反馈模块：获取永磁同步电机定子电流反馈值；
位置观测器模块：观测永磁同步电机转速和转子位置角；
电流预测控制模块：根据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
旋转高频电压注入模块：产生旋转高频电压信号并与定子电压参考值叠加得到控制电压；
SVPWM调制模块：对控制电压进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，所述的逆变器连接永磁同步电机。
2.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，其特征在于，所述的定子电流反馈模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、PARK变换子模块和低通滤波器，所述的电流传感器检测永磁同步电机定子电流，所述的低通滤波器输出永磁同步电机定子电流反馈值。
3.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，其特征在于，所述的位置观测器模块包括依次连接的电流传感器、CLARK变换子模块、带通滤波器、同步轴系高通滤波器和位置观测器，所述的电流传感器检测永磁同步电机定子电流，所述的同步轴系高通滤波器输出永磁同步电机定子高频电流负序分量，所述的位置观测器根据永磁同步电机定子高频电流负序分量观测永磁同步电机转速和转子位置角。
4.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，其特征在于，所述的电流预测控制模块的控制律为：
U＝(HTWyH+Wu)-1HTWy(I*-Pi(k)-Dωe(k)-e)，
其中，U为定子电压参考值，I*为定子电流参考值，i(k)为k时刻定子电流反馈值，ωe(k)为k时刻永磁同步电机转速，e为定子电流预测误差，H、P、D为预测模型系数矩阵，Wy为每一步定子电流预测值所占比重，Wu为每一步定子电压所占比重。
5.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制系统，其特征在于，所述的旋转高频电压信号为：
其中，uαh、uβh分别为αβ坐标系下注入的旋转高频电压分量，Uh、ωh分别为注入的旋转高频电压的幅值和角频率，φ为注入旋转高频电压信号初始相角。
6.一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)根据永磁同步电机转矩参考值获取定子电流参考值；
(2)获取永磁同步电机定子电流反馈值；
(3)采用旋转高频注入无位置传感器控制技术获取永磁同步电机转速和转子位置角；
(4)据定子电流参考值、定子电流反馈值、永磁同步电机转速和转子位置进行电流预测控制并输出定子电压参考值；
(5)向定子电压参考值中注入旋转高频电压信号并进行SVPWM调制得到逆变器控制信号，进而控制永磁同步电机工作。
7.根据权利要求6所述的一种车用永磁同步电机无位置传感器模型预测控制方法，其特征在于，步骤(3)具体为：获取永磁同步电机定子电流实时值，采用同步轴系高通滤波器滤除永磁同步电机定子高频电流正序分量得到永磁同步电机定子高频电流负序分量，通过位置观测器观测得到永磁同步电机转速和转子位置角。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110460270A (zh) * 2019-07-24 2019-11-15 东南大学盐城新能源汽车研究院 一种考虑交叉饱和电感的高频方波电压注入无位置传感器控制方法
CN111555680A (zh) * 2020-05-22 2020-08-18 天津大学 一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法
CN111969920A (zh) * 2020-08-05 2020-11-20 上海新时达电气股份有限公司 永磁同步电机启动方法及其装置
CN112615576A (zh) * 2020-12-02 2021-04-06 郑州中电新能源汽车有限公司 车用永磁同步电机目标运行点的智能控制方法及系统
RU2749454C1 (ru) * 2020-10-07 2021-06-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Способ прямого бездатчикового управления угловым положением ротора синхронного электродвигателя с постоянными магнитами
DE102021101612A1 (de) 2021-01-26 2022-07-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Direkte Ansteuerung einer Antriebsmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904520A (zh) * 2012-10-09 2013-01-30 华东建筑设计研究院有限公司 一种永磁同步电机电流预测控制方法
CN105811831A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 上海大郡动力控制技术有限公司 凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法
JP2017220978A (ja) * 2016-06-03 2017-12-14 東京電力ホールディングス株式会社 負荷切替判断システム、負荷切替判断方法、及び負荷切替判断プログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904520A (zh) * 2012-10-09 2013-01-30 华东建筑设计研究院有限公司 一种永磁同步电机电流预测控制方法
CN105811831A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 上海大郡动力控制技术有限公司 凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法
JP2017220978A (ja) * 2016-06-03 2017-12-14 東京電力ホールディングス株式会社 負荷切替判断システム、負荷切替判断方法、及び負荷切替判断プログラム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张明晖: "永磁同步电机伺服控制系统研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程II辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110460270A (zh) * 2019-07-24 2019-11-15 东南大学盐城新能源汽车研究院 一种考虑交叉饱和电感的高频方波电压注入无位置传感器控制方法
CN111555680A (zh) * 2020-05-22 2020-08-18 天津大学 一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法
CN111555680B (zh) * 2020-05-22 2022-03-22 天津大学 一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法
CN111969920A (zh) * 2020-08-05 2020-11-20 上海新时达电气股份有限公司 永磁同步电机启动方法及其装置
CN111969920B (zh) * 2020-08-05 2024-03-19 上海新时达电气股份有限公司 永磁同步电机启动方法及其装置
RU2749454C1 (ru) * 2020-10-07 2021-06-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Способ прямого бездатчикового управления угловым положением ротора синхронного электродвигателя с постоянными магнитами
CN112615576A (zh) * 2020-12-02 2021-04-06 郑州中电新能源汽车有限公司 车用永磁同步电机目标运行点的智能控制方法及系统
DE102021101612A1 (de) 2021-01-26 2022-07-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Direkte Ansteuerung einer Antriebsmaschine

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