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华 南 理 工 大 学 学 报 自 然 科 学 版
第 卷 第 期
Journal of South China University of Technology
VolNo
年 月 Natural Science Edition December
文章编号 X
收稿日期
基金项目 国家自然科学基金资助项目
作者简介 易伯瑜男博士生主要从事电机无传感器技术研究Email yiboyucom
通信作者 康龙云男教授博士生导师主要从事新能源汽车电机驱动技术Email lykangscuteducn
基 于 双 段 卡 尔 曼 滤 波 的 永 磁 电 机 无 传 感 器 控 制
易伯瑜康龙云
林玉健姜凯郭红霞
华南理工大学 电力学院 广东 广州
摘要 基于传统卡尔曼滤波的无传感器算法可以在一定程度上消除模型误差和测量误
差对状态变量估计值的影响但存在运算量大硬件成本高的问题为解决这一问题在保
持原有算法优点的基础上文中将一种最优双段卡尔曼滤波算法引入到永磁电机无传感
器控制技术中在静止两相坐标系上建立相应的线性数学模型取静止两相定子电流值和
反电动势值分别作为全阶状态量和增广状态量以此设计最优双段卡尔曼滤波算法为提
高估计的精度利用软件锁相环结构得出所需的速度值实验结果表明该方法与传统的
卡尔曼滤波器在数学上等效但减少了 的运算时间
关键词 永磁同步电机 无传感器控制 最优双段卡尔曼滤波 锁相环
中图分类号 TM doi jissnX
目前永磁同步电机已广泛运用于工业现场机
器人控制电动汽车等场合为实现电机的矢量控制
技术需要检测转子磁极位置目前传统的检测方法
多采用光电编码盘和旋转变压器等设备来测量转子
的角度这类设备不仅增加了安装及维护成本而且
在高温潮湿及其他恶劣条件下工作时将降低传感
器的可靠性为了克服使用传感器带来的缺陷目前
研究的热点之一就是使用无传感器技术
替代传
感器来检测转子磁极的位置
卡尔曼滤波法滑模变结构法及高频注入法等
均是目前常见的无传感器控制技术文献 通
过设计相应滑模观测器来检测电机参数该方法对
参数摄动和外界干扰鲁棒性较强软硬件实现简单
但滑膜变结构本质上的不连续开关特性会引起抖振
问题高频注入法
可用于不同的速度范围尤其
是在静止和低速时体现出良好的性能但对电机模
型有特定要求对于面贴式永磁同步电机这类交直
轴电感相差不明显的电机无法取得满意的效果卡
尔曼滤波法
可以在一定程度上消除模型误差
和测量误差对状态变量估计值的影响具有高精度
和大调速范围但该方法对电机参数和模型精确度
依赖性较大为了克服误差扰动的影响需要经过大
量实验才能确定合适的随机参数特别是高阶的卡
尔曼滤波算法计算量大需要较高的硬件配置高昂
的成本让它无法在工业现场推广使用为解决这一
问题Hsieh 等
提出一种最优双段卡尔曼滤波器
OTSKEOTSKE 是线性卡尔曼滤波器KF的一种
数学等效实现通过将高阶的卡尔曼滤波器分解为
两个低阶的滤波器进行运算分解后的滤波算法由
一个全阶卡尔曼滤波器和一个增广卡尔曼滤波器组
成将状态方程中待辨识的参数做为增广卡尔曼滤
波器的状态变量这样可以在保持算法不变的情况