基于高频注入法的船舶电推PMSM低速域转子位置估计.docx

基于高频注入法的船舶电推PMSM低速域转子位置估计
摘要
本文基于高频注入法，对船舶电推大功率永磁同步电机（PMSM）在低速域的转子位置进行估计。船舶电推系统采用PMSM作为主驱动电机，其高效能、高控制精度和高可靠性的特点被广泛应用于各种大小型船舶的推进系统中。但在低速运转时，由于PMSM转矩密度较高、自承载惯量较小，采用传统的全电压向量控制难以控制转矩和速度，并且大幅度地降低系统的效率。为了解决这个问题，本文采用高频注入法实现PMSM低速域转子位置估计，提高了控制精度和电机效率。
关键词：船舶电推系统；永磁同步电机；高频注入法；低速域转子位置估计；控制精度；电机效率。
Abstract
Inthispaper,basedonthehigh-frequencyinjectionmethod,thepositionoftherotorofalargepowerpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)inthelow-speeddomainofaship'selectricpropulsionsystemisestimated.ThePMSMiswidelyusedasthemaindrivingmotorinvarioussizesofshippropulsionsystemsduetoitshighefficiency,highcontrolaccuracyandhighreliability.However,atlowspeeds,duetothehightorquedensityofthePMSMandsmallself-supportinginertia,traditionalfull-voltagevectorcontrolisdifficulttocontroltorqueandspeed,andgreatlyreducestheefficiencyofthesystem.Inordertosolvethisproblem,thispaperusesthehigh-frequencyinjectionmethodtorealizetheestimationoftherotorpositionofthePMSMinthelow-speeddomain,andimprovethecontrolaccuracyandmotorefficiency.
Keywords:shipelectricpropulsionsystem;permanentmagnetsynchronousmotor;high-frequencyinjectionmethod;low-speeddomainrotorpositionestimation;controlaccuracy;motorefficiency.
1.引言
随着船舶工业的迅猛发展和环保要求的逐步提高，船舶电推已经成为船舶推进系统的主流技术。采用电动机驱动的船舶推进具有很多优点，例如响应速度快、控制精度高、运行稳定和可靠性高等等。永磁同步电机是一种高效率和高性能的电机，因此在船舶电推系统中得到了广泛的应用。
但是，由于永磁同步电机转矩密度较高、自承载惯量较小，在低速运转时会出现控制困难的问题。传统的全电压向量控制难以控制转矩和速度，并且大幅度地降低系统的效率。因此，对船舶电推系统中的PMSM进行低速域转子位置估计非常重要，可以提高控制精度和电机效率，减小系统成本，增强系统鲁棒性。
2.高频注入法
高频注入法是一种常用的PMSM低速域转子位置估计方法。它是将高频电流注入到电机中，根据电机输出电压和电流，通过计算电机中的高频电感和高频电容值，获得电机的实际位置。
2.1基本原理
高频注入法的基本原理是通过向电机控制电压中注入一个高频正弦电压，测量响应的电流，然后根据测量到的电压和电流计算出转子位置。注入高频信号不会干扰电机的正常运行，并且测得的电流仅仅反映高频信号的相位和幅度。
2.2系统模型
高频注入法的实现需要一个可靠和精确的电机模型，包括电感、电容和电阻。这些参数可以通过建立电机状态空间模型来确定，并进行模拟和实际试验验证。
3.PMSM在低速域转子位置估计
3.1高频引导信号
为了实现PMSM在低速域的转子位置估计，需要注入一个高频引导信号。高频信号通常通过铁芯线圈或电容器注入到PMSM中。但是，由于PMSM中电感和电容的存在，并不是所有的高频信号都能够进入PMSM中。
3.2高频电流计算
通过注入高频引导信号，PMSM会输出响应的电流。这些电流反映了电机的位置和速度信息。高频电流计算方法可以采用经验公式进行计算。
3.3转子位置重建
基于高频注入法，可以计算出PMSM的实际位置和速度信息。转子位置重建需要考虑电机内部的高频电感和高频电容效应。
4