高速永磁同步電機（High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM）因具有體積小、質量輕和高功率密度等特點而被廣泛應用于高速機床、鼓風機、壓縮機以及飛輪儲能等領域。高速運行時，轉子位置的精度對電機的運行性能至關重要。

轉子位置的獲取方式主要包括機械式的位置傳感器和無位置傳感器算法。其中，機械式的位置傳感器會降低系統的可靠性，增加系統的體積與成本，因此，常采用無位置傳感器算法。有學者將無位置傳感器算法分為基于電機模型的直接估算法、基于狀態觀測器的閉環算法以及信號注入法。其中，轉子磁鏈觀測器基于電機的電壓方程，直接計算出轉子磁鏈在坐標軸的分量以實現對轉子位置估算，動態響應速度快、簡單易行，得到了較為廣泛的應用。

在高速運行條件下，采用無位置傳感器算法容易受到諸多非理想因素的影響，造成明顯的轉子位置估算誤差。為解決這些問題，南京航空航天大學自動化學院的研究人員首先對高速運行條件下環路濾波器、電感參數偏差或電壓電流采樣偏差等非理想因素所造成的轉子位置估算誤差進行分析，并歸納為基頻相關和非基頻兩種類型。

圖1 轉子位置估計器結構

為統一補償各類位置估測誤差，他們提出一種基于自適應基準鎖相環的轉子位置誤差全補償方法：一方面，對誤差信號進行重構，并通過鎖相環（Phase-Locked Loop, PLL）得到與基頻相關誤差的補償值；另一方面，鎖相環基準隨最小電流目標值進行自適應實時調整，從而到達對非基頻相關誤差的補償。科研人員基于一臺高速永磁同步電機進行仿真與實驗，驗證了所提出的轉子位置估算誤差全補償方法的有效性。

圖2 高速永磁同步電機與驅動平臺

科研人員表示該方法的優勢在于：1）無需對位置估算誤差準確定量，即可實現對位置估算誤差的全補償；2）補償算法中未引入敏感參數，具有一定的魯棒性；3）該方法與轉子磁鏈觀測器相配合，在電感參數誤差為100%的情況下，能夠準確地估計轉子位置，提高了轉子磁鏈觀測器的適用性和魯棒性。

本文編自2021年第20期《電工技術學報》，論文標題為“基于自適應基準鎖相環的高速永磁電機轉子位置誤差全補償方法”，作者為王曉琳、劉思豪 等。