東南大學(xué)伺服控制技術(shù)教育部工程研究中心、飛行器控制一體化技術(shù)重點實驗室的研究人員孟高軍、余海濤等，在2015年第20期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，具有轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)的永磁同步電機中受轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)的影響，繞組的自感和互感隨轉(zhuǎn)子位置呈現(xiàn)近似正弦的周期變化，以此為基礎(chǔ)，提出了一種基于線電感變化特征的永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測。

首先，通過注入高頻低壓脈沖來進行線電感辨識，并深入分析了繞組電流對線電感辨識的影響，同時利用傅里葉級數(shù)分解得到線電感變化曲線；隨后建立了角度-線電感關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換計算轉(zhuǎn)子初始位置角，但是該方法無法判斷轉(zhuǎn)子磁極的極性，因此在初步辨識出轉(zhuǎn)子位置角的基礎(chǔ)上，向電機施加等寬電壓脈沖，利用磁場飽和引起的響應(yīng)電流幅值的變化來估計出轉(zhuǎn)子的磁極極性；最后實驗結(jié)果表明，該方法能夠準確、有效地估計轉(zhuǎn)子初始位置。

永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motors，PMSM）具有功率因素高、過載能力強以及輸出轉(zhuǎn)矩能力強等優(yōu)點，在家用電器、船舶推進、及電動車驅(qū)動等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。而能否對轉(zhuǎn)子初始位置進行準確估計是永磁同步電機高性能控制策略（矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩）和無位置傳感器運行實現(xiàn)的前提條件，也是關(guān)系到電機是否順利起動，以及能否實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩起動的關(guān)鍵問題，一直是工程技術(shù)界研究的熱點和難點問題之一。

因此國內(nèi)外學(xué)者對永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測展開了大量的研究。文獻[2-7]根據(jù)脈沖信號檢測的方法向電機中注入幅值相同、方向不同的一系列電壓脈沖，檢測并比較響應(yīng)電流的大小來估計轉(zhuǎn)子初始位置。這種方法可行，但如果想得到準確的轉(zhuǎn)子初始位置需要施加多個不同方向的電壓矢量，對逆變器的控制較為復(fù)雜。

文獻[8-15]是采用高頻信號注入法，其基本原理是在電機中注入特定的高頻電壓信號，然后檢測電機中對應(yīng)的電流信號以確定轉(zhuǎn)子的初始位置，但該方法算法較為復(fù)雜，且需要低通濾波器等額外的硬件電路，增加了成本。

文獻[16]提出了一種通過向電機定子側(cè)施加低頻旋轉(zhuǎn)電壓矢量來檢測轉(zhuǎn)子初始位置的方法，但是產(chǎn)生的電流后續(xù)處理較為復(fù)雜，且會造成較大的轉(zhuǎn)矩脈動。

文獻[17]提出了一種基于相電感線性區(qū)模型的初始位置檢測方法，該方法中相電感模型簡單，利用電感估計值可以實現(xiàn)靜止時的初始定位，但該方法需要預(yù)先測量各相電感曲線交點位置處的電感值，不具備動態(tài)適應(yīng)性，且只適用于功率變換器為不對稱半橋結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機。

文獻[18]利用定子電感值隨轉(zhuǎn)子位置改變呈正弦變化的規(guī)律，在電機運行前，檢測定子繞組的電流和電壓，計算此時的電感值，該方法原理較簡單，但對電感值的測量較為復(fù)雜，計算誤差較大，且需要占用一定的存儲器空間。

文獻[19,20]比較施加正反電壓矢量過程中非導(dǎo)通相的端電壓，然后比較定子電流的峰值，最終得到轉(zhuǎn)子初始位置估計準確度為30°，該方法不僅估計準確度低，而且需要端電壓采集電路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

針對以上方法存在的不足，本文從凸極效應(yīng)對繞組電感的影響出發(fā)，在驗證其線電感呈正弦分布且一個周期變動兩次的基礎(chǔ)上，提出了一種用于轉(zhuǎn)子初始位置檢測的新方法。

首先，通過注入高頻低壓脈沖來進行線電感辨識，并利用辨識出的線電感信息和轉(zhuǎn)子位置關(guān)系，經(jīng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換初步計算轉(zhuǎn)子位置角，隨后再結(jié)合鐵心非線性磁化特性判斷轉(zhuǎn)子磁極極性，最后搭建了AD5435實時仿真系統(tǒng)平臺，對該方法的有效性和正確性進行了實驗驗證，并給出了相應(yīng)的結(jié)論。

圖1 凸極效應(yīng)對繞組自感和互感的影響

結(jié)論

本文提出了一種轉(zhuǎn)子初始位置檢測的新方法，最后搭建以A&D實時仿真裝置為控制中心的實驗平臺，驗證了所提算法的可行性和正確性，得到如下結(jié)論。

（1）從凸極效應(yīng)對繞組電感的影響出發(fā)，分析了繞組自感和互感隨轉(zhuǎn)子位置的變化規(guī)律，推導(dǎo)出線電感與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系，提出了一種通過注入高頻低壓脈沖來進行線電感辨識的方法。

（2）利用傅里葉級數(shù)分解，引入線電感隨繞組電流變化的基波分量和二次諧波幅值，深入分析了繞組電流對線電感的影響，同時選取最優(yōu)的電壓脈沖施加時間，提高了線電感辨識準確度。

（3）建立了角度-線電感關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，利用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換初步計算出轉(zhuǎn)子初始位置角，隨后結(jié)合鐵心飽和效應(yīng)，改進了一種適用于磁極極性判斷的方法。