永磁同步电机旋转高频信号注入法零低速无位置控制仿真探索

基于永磁同步电机旋转高频信号注入法零低速无位置控制仿真 [1]相比高频方波信号注入法，旋转高频信号注入法噪声更小损耗更低 [2]该模型注入1000Hz旋转高频电压信号到电机中用于产生激励电流，在低速100rpm下无感运行。 带有自己搭建的PMSM模型（非系统自带） 附上模型说明文档，很容易看懂。

在永磁同步电机（PMSM）的控制领域，零低速无位置传感器控制一直是研究的热点。今天咱们就聊聊基于旋转高频信号注入法的相关仿真，看看这种方法到底有啥独特之处。

旋转高频信号注入法优势——对比高频方波信号注入法

传统的高频方波信号注入法在实际应用中存在一些弊端，比如噪声较大，损耗也相对较高。而旋转高频信号注入法则很好地改善了这些问题。相比之下，旋转高频信号注入法能有效降低系统运行时产生的噪声，同时减少能量损耗，这对于追求高效、低噪运行的电机控制系统来说，无疑是一大福音。

仿真设定与实现

在本次仿真中，咱采用的是向电机注入1000Hz的旋转高频电压信号。为啥选1000Hz呢？这是经过多次试验和理论分析得出的，这个频率能在保证激励效果的同时，尽量减少对电机正常运行的干扰。该信号注入后，会在电机中产生激励电流，使得电机能够在低速100rpm的情况下实现无感运行。

下面咱们看看关键代码部分（以Matlab为例）：

% 定义相关参数 f_hf = 1000; % 高频信号频率 1000Hz omega_hf = 2*pi*f_hf; V_hf = 10; % 高频电压幅值 % 生成旋转高频电压信号 t = 0:0.00001:0.1; % 时间向量 V_d_hf = V_hf*cos(omega_hf*t); V_q_hf = V_hf*sin(omega_hf*t);

这里代码首先定义了高频信号的频率fhf以及对应的角频率omegahf，还有电压幅值Vhf。然后通过时间向量t生成了在d - q轴上的高频电压信号Vdhf和Vq_hf。这两个信号后续会被注入到搭建的PMSM模型中。

自建PMSM模型及说明

本次仿真没有使用系统自带的PMSM模型，而是自己搭建了一个。为啥要自建呢？主要是为了能更好地契合我们对旋转高频信号注入法的研究需求，对模型各个参数和环节有更精准的把控。

模型说明文档已经备好，非常容易看懂。简单来说，模型从电机的基本物理原理出发，对定子绕组、转子磁场、电磁转矩等关键部分进行了细致建模。例如，在定子绕组部分，考虑了电阻、电感等参数对电流和磁场的影响，通过一系列的电磁方程来描述其特性：

% 定子电压方程 V_d = R_s*I_d + L_d*dI_d/dt - omega_e*L_q*I_q; V_q = R_s*I_q + L_q*dI_q/dt + omega_e*L_d*I_d + omega_e*lambda_f;

上面这部分代码简单示意了定子电压在d - q轴上的方程，Rs是定子电阻，Ld和Lq分别是d轴和q轴电感，omegae是电角速度，lambda_f是永磁体磁链。通过这些方程来精确模拟电机内部的电磁关系，为旋转高频信号注入后的响应分析提供了坚实的模型基础。

总之，通过自建PMSM模型，并利用旋转高频信号注入法，我们成功实现了永磁同步电机在零低速下的无位置控制仿真，并且这种方法展现出了噪声小、损耗低的优点。希望今天分享的这些内容能给研究相关领域的小伙伴们一些启发。