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高速永磁同步電機（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而被廣泛應(yīng)用于高速機床、鼓風機、壓縮機以及飛輪儲能等領(lǐng)域。高速運行時，轉(zhuǎn)子位置的精度對電機的運行性能至關(guān)重要。

轉(zhuǎn)子位置的獲取方式主要包括機械式的位置傳感器和無位置傳感器算法。其中，機械式的位置傳感器會降低系統(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)算法以及信號注入法。其中，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器基于電機的電壓方程，直接計算出轉(zhuǎn)子磁鏈在坐標軸的分量以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置估算，動態(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)自動化學(xué)院的研究人員首先對高速運行條件下環(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)子位置估計器結(jié)構(gòu)

為統(tǒng)一補償各類位置估測誤差，他們提出一種基于自適應(yīng)基準鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)子位置誤差全補償方法：一方面，對誤差信號進行重構(gòu)，并通過鎖相環(huán)（Phase-Locked Loop, PLL）得到與基頻相關(guān)誤差的補償值；另一方面，鎖相環(huán)基準隨最小電流目標值進行自適應(yīng)實時調(diào)整，從而到達對非基頻相關(guān)誤差的補償?？蒲腥藛T基于一臺高速永磁同步電機進行仿真與實驗，驗證了所提出的轉(zhuǎn)子位置估算誤差全補償方法的有效性。

圖2 高速永磁同步電機與驅(qū)動平臺

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確定量，即可實現(xiàn)對位置估算誤差的全補償；2）補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，能夠準確地估計轉(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》，論文標題為“基于自適應(yīng)基準鎖相環(huán)的高速永磁電機轉(zhuǎn)子位置誤差全補償方法”，作者為王曉琳、劉思豪 等。