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永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）由于具有較高的轉(zhuǎn)矩密度、功率密度和高效率，因而在交通運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化、人工智能和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)通常需要高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，這是采用矢量算法的高性能電機(jī)控制所需要的。

如果轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)不準(zhǔn)確、滯后或超前，必然會(huì)降低電機(jī)控制的穩(wěn)定性、平滑性、精確性和動(dòng)態(tài)性，甚至引起電機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)，因此準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置成為永磁同步電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)。

通常采用通過(guò)高精度傳感器獲得轉(zhuǎn)子位置的方法，不僅增加系統(tǒng)成本占用有限的空間，而且降低系統(tǒng)可靠性又增加維護(hù)成本，甚至在有些場(chǎng)合不宜使用。無(wú)速度傳感器控制法在低速和零速區(qū)域，傳統(tǒng)方法采用基波模型轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)，不易準(zhǔn)確獲取轉(zhuǎn)子位置信息。高頻信號(hào)注入法的參數(shù)魯棒性高，低速和零速辨識(shí)精度高，穩(wěn)定性好。

高頻注入法是利用電機(jī)轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)或者凸極效應(yīng)所產(chǎn)生的調(diào)制作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的辨識(shí)。高頻信號(hào)注入法可根據(jù)注入電機(jī)的坐標(biāo)系類型不同分為靜止坐標(biāo)系信號(hào)注入法和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系信號(hào)注入法。

高頻信號(hào)注入靜止坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)子位置本質(zhì)上是對(duì)電流相位的調(diào)制，表現(xiàn)為相位引起的轉(zhuǎn)子位置誤差；高頻信號(hào)注入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，高頻電流的包絡(luò)線包含基本的轉(zhuǎn)子位置信息，表現(xiàn)為電流幅值變化引起的轉(zhuǎn)子位置誤差。

旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的高頻信號(hào)注入法，收斂時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)參數(shù)敏感，甚至轉(zhuǎn)子位置收斂可能失??；相比較而言，靜止坐標(biāo)系下的高頻信號(hào)注入法易收斂、穩(wěn)定性好，電機(jī)參數(shù)變化對(duì)轉(zhuǎn)子位置影響小，且易于工程實(shí)現(xiàn)，因此廣泛應(yīng)用于永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器低速和零速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。

• 有學(xué)者沒(méi)考慮脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）所引起的滯后，僅對(duì)數(shù)字控制引起的延時(shí)問(wèn)題進(jìn)行了分析和補(bǔ)償。
• 有學(xué)者采用多個(gè)濾波器進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，濾波器選取與設(shè)計(jì)增加了復(fù)雜度，并且會(huì)引起相移。此外，數(shù)字控制引入計(jì)算延時(shí)和脈寬調(diào)制延時(shí)，注入的高頻電壓信號(hào)要經(jīng)過(guò)延時(shí)后才能作用到電機(jī)中，進(jìn)而導(dǎo)致位置解調(diào)時(shí)的坐標(biāo)變換角度產(chǎn)生較大的偏置。
• 有學(xué)者采用了移相和傅里葉算法代替濾波器，但沒(méi)有對(duì)數(shù)字控制延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。
• 有學(xué)者采用不同頻率同時(shí)注入到靜止坐標(biāo)系，通過(guò)復(fù)雜的多組濾波器法建立方程組，把不同原因造成的相位誤差計(jì)算出來(lái)加以補(bǔ)償。該方法過(guò)于復(fù)雜且增加濾波器設(shè)計(jì)難度，沒(méi)有考慮不同頻率對(duì)系統(tǒng)的影響。
• 有學(xué)者采用在靜止坐標(biāo)系中注入高頻脈振信號(hào)，并且對(duì)高頻電感下的交叉飽和引起的相位偏差進(jìn)行了非在線補(bǔ)償，文中采用的超低頻率低通濾波器也會(huì)帶來(lái)較大誤差影響。

基于靜止坐標(biāo)系高頻信號(hào)注入無(wú)傳感器方法中，逆變器的死區(qū)時(shí)間和非線性變化，數(shù)字信號(hào)采樣、控制算法運(yùn)算和電路延時(shí)，以及采用多個(gè)多種不同濾波器帶來(lái)的延遲等都會(huì)反映在轉(zhuǎn)子位置相位偏差上，引起位置檢測(cè)誤差和不準(zhǔn)確性。

綜上所述，北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員郭磊、楊中平、林飛，在2019年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出（論文標(biāo)題為“帶誤差補(bǔ)償?shù)母哳l信號(hào)注入永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制策略”），結(jié)合靜止坐標(biāo)系下高頻注入轉(zhuǎn)子位置理論推導(dǎo)，提出根據(jù)信號(hào)傳輸特性，把相位偏差分為高頻相位偏差和位置相位偏差。高頻相位偏差是由于高頻信號(hào)傳輸過(guò)程中不同因素造成的，特點(diǎn)是正負(fù)序分量中相位偏差始終相同；而位置相位偏差存在于轉(zhuǎn)子位置內(nèi)部，特點(diǎn)是正負(fù)序分量中偏差各不同。

作者以此為分析基礎(chǔ)，根據(jù)兩種位置誤差類型自身特點(diǎn)加以補(bǔ)償，提出一種帶誤差補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)子位置估計(jì)高頻信號(hào)注入控制策略。該策略在靜止坐標(biāo)系下注入旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)，通過(guò)建立多組方程求出高頻相位偏差并加以補(bǔ)償。

對(duì)于濾波器相頻特性引起的位置相位偏差，本文詳細(xì)分析了原因，并提出了一種相頻差值法解決位置相位偏差的方法。在不同工況下，對(duì)比了帶有誤差補(bǔ)償和沒(méi)有誤差補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)子估計(jì)位置實(shí)驗(yàn)，并把結(jié)果同實(shí)際測(cè)量的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行對(duì)比。兩種工況下，不帶誤差補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)子估計(jì)位置偏差各為0.07rad和0.18rad。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償策略的正確性和有效性，提高了轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的準(zhǔn)確度。