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摘 要

永磁同步电机由于具有高功率密度、高效率、结构简单和可维护性好等优点，广泛应用于高性能的调速系统中。在传统的永磁同步电机驱动控制系统中需要通过一些机械传感器（旋转变压器、编码器等）来检测电机磁极的位置和转速信息，以实现对电机的高性能控制。这些机械传感器的存在不仅增加了系统的成本，而且降低了系统的可靠性，因而限制了永磁同步电机在一些特殊场合的应用。因此，国内外关于永磁同步电机（PMSM）的磁极位置的研究便开始向无内置传感器技术方向发展。

锁相技术也称锁相环技术，锁相环是指一种电路或者模块，它用于在通信的接收机中，其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说，对于接收到的信号，仿制一个时钟信号，使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说，相干的）。

由于锁定情形下（即完成捕捉后），该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差，所以很形象地称其为锁相器。

本次设计在省去编码器的基础上，通过提取电机的反电势信号，基于锁相环技术采用软件对电机的磁极位置进行准确观测。从而，可以大大节约系统的成本，且增加了系统的可靠性并使得永磁同步电机的应用范围更加广泛。

关键词：永磁同步电机 锁相环技术 磁极观测

Observation and Research on the magnetic pole position of permanent magnet synchronous motor based on phase locked technology

Abstract

Permanent magnet synchronous motor has high power density, high efficiency, simple structure and good maintenance, speed control system is widely used in high performance. In the traditional permanent magnet synchronous motor drive through some mechanical sensor control system (encoder rotating transformer, etc.) to detect motor pole position and speed information, in order to realize high performance control of motor. These mechanical sensor not only increases the cost of the system, but also reduce the reliability of the system, which limits the application of permanent magnet synchronous motor in some special occasions. Therefore, domestic and foreign about the permanent magnet synchronous motor (PMSM) of magnetic pole position began without built-in sensor technology development direction.

Phase lock technique known as phase locked loop, PLL is a circuit or module, which is used in a communication receiver, it is used to process the received signal, and extract the phase information of a clock from which. Or, for the received signal, imitation of a clock signal, the two signal from a certain point of view is synchronous (or say, coherent).

Because the lock circumstances (i.e. after capture), the imitation of the clock signal relative to the clock signal in the received signal with a difference, so it is vividly called pll.

The design is based on the omit encoder, through the back EMF signal to extract the motor, phase-locked loop technology using the software of the motor magnetic pole position accurately based on the observation. Thus, can greatly reduce the cost of

the system, and increase the reliability of the system and makes the scope of application of permanent magnet synchronous motor is more widely.

Keywords:Permanent magnet synchronous motorThe phase-locked loop technology Magnetic observation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题的来源以及研究意义 1

1.1.1 课题提出的背景 1

1.1.2 国内外研究状况 1

1.1.3 无位置传感器永磁同步电机磁极位置观测的方法 2

1.2 锁相环技术的特点 2

1.3 基于锁相技术的永磁同步电机磁极位置观测研究应用前景 3

第二章 永磁同步电机结构及其数学模型 4

2.1 永磁同步电动机的概述 4

2.1.1 同步电机的基本原理 4

2.1.2 永磁同步电机的基本结构 4

2.1.3 永磁同步电机的分类 5

2.1.4 永磁同步电机的特点与应用 6

2.2 永磁同步电机数学模型 8

2.2.1 电压平衡方程 8

2.2.2 磁链方程 9

2.3 永磁同步电机矢量控制 11

第三章 锁相环技术 14

3.1 锁相环概述 14

3.1.1 锁相环定义 14

3.1.2 锁相环的组成部分 14

3.1.3 锁相环的分类与特点 15

3.2 模拟锁相环技术 16

3.2.1 模拟锁相环的基本结构 16

3.2.2 模拟锁相环的工作原理 16

3.3 全数字锁相环技术 18

3.3.1 全数字锁相环的基本结构 18

3.3.2全数字锁相环的工作原理 19

第四章 基于锁相环的PMSM无位置传感器控制 20

4.1 无位置传感器控制的分析 20

4.2 基于锁相环的无位置传感器控制 21

4.3 锁相环转子位置及速度检测 22

4.3.1 锁相环提取估计反电动势中的转子位置和速度信号 22

4.3.2 锁相环系统稳定性分析 23

第五章 系统仿真分析与实验研究 25

5.1 仿真平台的搭建 25

5.2 系统仿真分析 25

5.3 实验结论 27

结 语 28

参考文献 29

致 谢 30

第一章 引言

本章主要介绍了本课题目前的研究现状，以及实际意义。同时对永磁同步电机无位置传感器的观测研究以及锁相环技术做了一个简明的说明。

1.1 课题的来源以及研究意义

1.1.1 课题提出的背景

永磁同步电机控制系统离不开高精度的位置和速度传感器，但在实际的系统中，传感器的存在不仅增加了系统成本，还易受工作环境影响，同时也降低了系统的可靠性，因此，无速度传感器交流调速系统成为近年研究热点。

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