表贴式永磁同步电机的全速度范围无位置传感器运行研究

作     者：崔路 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：游小杰

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：表贴式永磁同步电机 无位置传感器控制 预定位 V/f控制 I-f控制 切换策略 模型参考自适应 

摘      要：永磁同步电机具有高效率、高功率因数、宽调速范围等优势,近年来在轨道交通、航空航天等领域得到了广泛应用。与传统的有位置传感器矢量控制相比,采用无位置传感器控制省去了位置传感器,使得电机系统的体积下降,成本降低,同时提高了系统的可靠性。本文以表贴式永磁同步电机为研究对象,研究了在全速度范围内无位置传感器控制电机运行的算法,主要内容如下:为了尽可能避免无位置算法投入时出现过流抑或电机反转的现象,本文采用预定位的方式在电机运行前将电机转子拖至预定位置。对于实际环境中由电机轴承摩擦力等固有转矩形成的定位盲区,研究了一种二次定位的方法使转子顺利避开盲区从而可靠地到达预定位置。研究了两种开环控制策略,即V/f控制与I-f控制。分析了两种开环控制策略的稳定性,通过对电压频率或电流频率进行校正来增加系统阻尼,从而提高了开环控制的稳定性。经频率校正后,两种控制策略均能驱动电机稳定运行于全转速范围内,并具备一定的抗干扰能力。本文从电机稳态模型出发,分析得出两种控制方法实质上是依据各自的功角特性曲线来寻找稳态工作点,推导了两种开环控制策略的稳定运行区间,并对两者进行了对比分析,总结了各自的优缺点。为了在中高速区域实现对表贴式永磁同步电机的高性能控制,本文设计了一种瞬时切换策略使电机平滑过渡至无位置闭环矢量控制。运用双dq空间变换及转矩功角自平衡的原理,将V/f控制与I-f控制的切换策略相统一,能够实现开环与闭环间的相互切换。文中采用改进的基于定子电流的模型参考自适应方法来估算转子位置及转速,实现了电机在中高速区域的高效率运行。基于理论分析和Matlab/Simulink仿真研究,本文在表贴式永磁同步电机对拖平台上进行了实验验证。实验结果表明,文中所述开环控制能够顺利启动电机并使其稳定运行于给定频率,切换策略能够平滑完成开环与闭环间的切换,无位置控制算法估算精度较高,动态性能良好。