香港科技大学陈子峰等：基于惯性锁相环的开关磁阻电机增强型无传感器控制及转速范围扩展|惯性锁|无传感器|相环|磁阻电机|陈子峰

Enhanced Sensorless Control of Switched Reluctance Motors Using Inertial Phase-locked Loop for Extended Speed Range

Zifeng Chen1,2; Xijian Lin1; Huayu Ji1; Zehua Li1; Hang Zhao1; Dianxun Xiao1,2,3

1. The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou), Guangzhou, China

2. The Hong Kong University of Science and Technology, HKSAR, China

3. HKUST Shenzhen-Hong Kong Collaborative Innovation Research Institute, Shenzhen, China

Z. Chen, X. Lin, H. Ji, Z. Li, H. Zhao and D. Xiao, "Enhanced Sensorless Control of Switched Reluctance Motors Using Inertial Phase-Locked Loop for Extended Speed Range," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 9, no. 2, pp. 246-256, June 2025, doi: 10.30941/CESTEMS.2025.00013.

摘要

开关磁阻电机（SRM）的无传感器控制通常采用结合低速脉冲注入方法和高速模型法的混合模式。然而，脉冲注入将产生噪音和扭矩波动。本文提出了一种基于增强模型的无传感器方法，使得开关磁阻电机在无注入条件下可拓展其最低运行范围。本方法采用了一种基于定子磁链观测器的惯性锁相环（IPLL）用于位置估计。与传统的锁相环方案相比，IPLL 提供了更强的抗干扰能力，从而减少了低速下的磁通模型误差。实验结果验证了该模型法实现扩展低速无传感器运行的可行性。

Abstract

Sensorless control of switched reluctance motors (SRMs) often requires a hybrid mode combining low-speed pulse injection methods and high-speed model-based estimation. However, pulse injection causes unwanted audible noises and torque ripples. This article proposes an enhanced model-based sensorless approach to extend downwards the speed range in which sensorless control can work without injection. An inertial phase-locked loop (IPLL) based on a stator flux observer is introduced for position estimation. Compared to the conventional phase-locked loop scheme, the IPLL offers a more robust disturbance rejection capability and thus reduces the flux model errors at lower speeds. Experimental results substantiate the feasibility of the extended low-speed operation using the model-based sensorless control approach.

图1 三相12/8 SRM无传感器驱动系统框图

图2 基于IPLL的SRM 无传感器控制框图

图3 传统方法与本方法在低速运行区间的性能比较

作者信息

陈子峰，英国纽卡斯尔大学硕士。目前正在香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域攻读博士学位。主要研究方向: 交通电气化, 电机驱动与控制。

林锡坚，广东工业大学硕士。目前正在香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域攻读博士学位。主要研究方向: 电机驱动和电池管理系统。

纪华昱，华南理工大学硕士。目前正在香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域攻读博士学位。主要研究方向: 交通电气化, 电机驱动与控制。

李泽华，西安交通大学硕士。他自2023年起担任Energink公司CEO和CTO。目前正在香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域攻读博士学位。主要研究方向: eVTOL应用的功率转换器和电机驱动器。

赵航，分别于2015年、2017年和2021年获华中科技大学学士和硕士学位，并在香港城市大学获博士学位。他于2021年在香港大学担任博士后研究员。他目前是香港科技大学（广州）机器人与自主系统学域助理教授及香港科技大学联聘助理教授。主要研究方向:电机与驱动、电机驱动在机器人中的应用以及电气化交通。

肖殿勋，分别于2016年和2018年获哈尔滨工业大学学士和硕士学位，2021年于麦克马斯特大学获博士学位。他目前是香港科技大学（广州）可持续能源与环境学域助理教授及香港科技大学的联聘助理教授。在此之前，他于2021年在麦克马斯特大学汽车资源中心担任博士后研究员。他同时担任IEEE TTE的副主编。他于 2024 年获得 IEEE IAS Myron Zucker 学生教师奖学金。主要研究方向:永磁同步电机驱动器、开关磁阻电机驱动器、大功率转换器以及用于交通电气化应用的电池管理系统。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。