中国科协第六届优秀科技论文遴选计划获奖论文简报

《电工技术学报》三篇论文成功入选中国科协第六届优秀科技论文遴选计划。现将获奖论文的文章简报分享给各位读者，以期促进本领域的技术交流。

2021年11月8日，中国科协公布第六届优秀科技论文遴选计划入选论文。发表于《电工技术学报》2017年第13期的文章《基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法》成功入选。论文第一作者为哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的张国强副教授。

团队介绍

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学电力电子与电力传动研究所由IEEE Fellow、中国电工技术学会会士、副理事长徐殿国教授担任负责人，包括18名教师和100余名研究生，是国际先进电驱动技术创新引智基地（111计划）、电驱动与电推进技术教育部重点实验室重点研究团队、可持续能源变换与控制技术黑龙江省重点实验室、黑龙江省电气工程创新研究“头雁”计划重点建设团队。

研究领域包括电机驱动控制系统、电力电子化电力系统等。近年来，承担国家重大专项、国家自然科学基金重点项目和国际合作重点项目、国家重点研发计划等多项国家级项目，并与多家知名企业建立了长期合作关系。承办了ITEC Asia-Pacific、ECCE Asia、VPPC、ICEMS等国际学术会议。在新能源高效率电力电子变换器和电机驱动控制领域取得了诸多国际领先成果，交流电机及其驱动控制领域研究处于国际领先水平。

徐殿国

1960出生，教授，博士生导师。IEEE Fellow，中国电工技术学会会士、副理事长，电驱动与电推进技术教育部重点实验室主任，国际先进电驱动技术创新引智基地（111计划）负责人，黑龙江省电气工程创新研究“头雁”团队负责人，担任IEEE TPEL Co-EIC、中国电机工程学报、电工技术学报、IEEE TIE、IEEE JESTPE等刊物编委。曾获得2018 IEEE IAS Outstanding Achievement Award，成为该奖项自1969年设立以来中国大陆第一位获奖者。

主持完成包括国家重大专项、国家自然科学基金重点项目和国际合作重点项目、国家863计划项目、国家科技支撑项目、国家重大产业开发项目、国家重点研发计划项目、黑龙江省科技攻关重点项目、企业合作项目等100余项，获得省部级以上科技奖励12项，指导博士毕业生80余名。

王高林

1978出生，教授，博士生导师。国家自然科学基金杰出青年基金获得者，英国皇家学会牛顿高级学者，中达青年学者，获黑龙江省自然科学奖一等奖、教育部技术发明奖二等奖。主要从事电机驱动控制、电力电子技术等方向研究，承担国家自然科学基金项目、国家科技重大项目、国家重点研发计划等科研项目30余项，与多家知名企业建立了长期合作关系。

已发表SCI/EI论文100余篇，授权发明专利30余项。担任IEEE TIE客座编辑(Guest Associate Editor)，IET EPA和JPE等期刊编委，中国电机工程学会电力电子器件专业委员会委员，中国电工技术学会电气节能专业委员会第七届理事等。

张国强

​1987出生，副教授，博士生导师。入选全国“博士后创新人才支持计划”和黑龙江省“博士后青年英才计划”。从事永磁同步电机/同步磁阻电机驱动技术、无位置传感器控制、无电解电容驱动系统等科研工作，出版英文专著2部，发表SCI/EI论文50余篇，授权发明专利10余项。

获黑龙江省自然科学奖一等奖、教育部技术发明奖二等奖。担任Journal of Power Electronics（SCI期刊）编委 (Associate Editor)、PCIM Asia Conference技术委员会委员、中国电源学会青年工作委员会副主任委员、中国电工技术学会青年工作委员会委员等。

​项目背景

在所有终端用电设备中，电机系统是耗电大户，统计数据表明，我国电机总用电量占全国总用电量的70%左右。目前，交流电机系统大多采用安装编码器的驱动方式，然而位置或速度传感器的使用导致电驱动系统成本和故障率增加，并且很多应用场合无法在电机上安装传感器。因此，交流电机无传感器控制方式具有独特的优势，可以实现高性价比、高可靠驱动，在装备制造、工业传动以及家用电器等领域具有广阔的应用前景。

随着现代电力传动水平日益提高，为了满足现代电机驱动系统应用需求，研究稳定性好、控制精度高及鲁棒性强的高性能交流电机无传感器控制系统具有重要意义。

项目组在国家自然科学基金、教育部博士点基金、台达环境与教育基金会重点项目、企业联合攻关项目等的支持下，持续开展了交流电机无传感器驱动控制系统课题研究工作，取得了系列研究成果，获黑龙江省自然科学一等奖（交流电机无传感器驱动控制系统设计理论与方法，完成人为徐殿国、王高林、张国强、于泳、赵楠楠）。

​论文所解决的问题及意义

针对永磁电机（PMSM）无传感器驱动系统，论文提出一种无滤波器方波信号注入的初始位置检测方法，揭示了通过高频电流响应准确辨识转子位置信息的规律，解决了复杂工况下永磁电机系统初始磁极检测精度低、鲁棒性差的难题，实现了静止或者自由运行条件下的系统快速稳定起动。相关理论成果能够突破制约无传感器控制全速域运行的瓶颈问题，并拓展了其应用场合。

​论文重点内容

如图1所示为基于无滤波器方波电压信号注入的PMSM磁极位置辨识原理框图。首先通过向观测的转子d轴注入方波电压信号，采用无滤波器载波信号分离方法解耦位置误差信号，通过位置跟踪器获取磁极位置初定值；然后改变d轴电流偏置给定方向，通过比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识。采用无滤波器载波信号分离方法解耦位置误差信息，有效提高了算法收敛速度；通过累计d轴高频电流响应幅值实现磁极极性辨识，提升了永磁电机初始位置检测的可靠性。

图1 PMSM磁极位置辨识原理框图

为验证基于无滤波器方波信号注入的初始位置辨识策略有效性，如图2所示，在2.2-kW无传感器PMSM矢量控制平台进行研究。如图3实验结果所示，所提出的基于无滤波器方波信号注入的永磁电机初始位置检测方法收敛速度较快，能够在PMSM转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识，位置观测误差最大值为6.9deg.。

图2 2.2-kW永磁电机对拖加载实验平台

图3 永磁电机初始位置检测实验结果

​引用本文

张国强, 王高林, 徐殿国. 基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法[J]. 电工技术学报, 2017, 32(13): 162-168. Zhang Guoqiang, Wang Gaolin, Xu Dianguo. Filterless Square-Wave Injection Based Initial Position Detection for Permanent Magnet Synchronous Machines. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(13): 162-168.