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基于反电动势预测的HSPMSM无位置传感器控制技术研究

基于反电动势预测的HSPMSM无位置传感器控制技术研究

引用

作者：赵孟佶哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高速永磁同步电机结构紧凑,具备更高的功率密度,且转动惯量小,动态响应快,在诸如离心泵、数控机床主轴、微型燃气轮机、医疗器械等需要高速旋转的场合中得到了广泛的应用。由于位置传感器难以适应高速工况,且高速电机定子绕组电感量极小... 详细信息

高速永磁同步电机结构紧凑,具备更高的功率密度,且转动惯量小,动态响应快,在诸如离心泵、数控机床主轴、微型燃气轮机、医疗器械等需要高速旋转的场合中得到了广泛的应用。由于位置传感器难以适应高速工况,且高速电机定子绕组电感量极小,导致电流谐波较大影响了电机控制性能,为此本文开展高速永磁同步电机无位置传感器控制技术和谐波抑制策略方法的研究。依据电机模型构建反电动势观测器是实现高速电机无位置传感器控制的常用方案,观测器采用一定的控制律对控制量或参数进行修正,使观测状态跟随实际系统的状态,从而获得含有转子位置信息的反动电势观测值。论文首先分析观测器的调节机理,以滑模观测器为例揭示出控制量不对称导致滑模面两侧状态趋近速度不一致是造成其在高速工况下观测效果变差的主要原因,为改善状态跟踪性能引入预测控制机制取代符号函数,分别提出基于无差拍电流预测和模型预测的反电动势观测方案。无差拍观测方案依据采样电流估计观测器控制量,使观测值在一个周期后跟随采样值,能够大幅提升状态跟踪性能;模型预测方案利用电流采样值和观测值之间的误差构建价值函数来选取最优控制量,最大限度提高电流跟踪能力。通过仿真验证上述两种反电动势预测方法比滑模观测器具有更优异的位置和速度估算性能。针对高速永磁同步电机绕组电感小、基频高导致载波比低等因素造成绕组电流谐波严重的问题,采用三相LC滤波器对高频谐波电流进行抑制。为减小滤波电容电流对位置观测精度和系统控制性能的影响,提出采用二阶广义积分器估算滤波电容电流进而重构电机绕组电流的优化控制方案。同时,引入电容电流比例反馈的有源阻尼策略,削弱LC滤波器导致的谐振尖峰,在保证系统稳定性的同时,有效抑制电机电流的高频谐波。最后,搭建采用LC滤波器的高速永磁同步电机控制系统实验平台,对本文提出的基于反电动势预测的位置估算算法、电流优化控制方案和有源阻尼谐振抑制策略等进行性能评估,实验验证了所提方案的可行性和有效性。

关键词：高速永磁同步电机无位置传感器控制反动电势预测二阶广义积分器有源阻尼

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永磁同步电机无位置传感器控制失步问题及对策研究

永磁同步电机无位置传感器控制失步问题及对策研究

引用

作者：杨宇达哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有结构简单,体积小,功率密度大,传动效率高等优点,在工业、交通及航空航天等领域得到了广泛的研究与应用。采用无位置传感器控制可以有效减小系统体积,降低产品成本。课题的应用背景为水下潜航器的推进电机,实际工况下,... 详细信息

永磁同步电机具有结构简单,体积小,功率密度大,传动效率高等优点,在工业、交通及航空航天等领域得到了广泛的研究与应用。采用无位置传感器控制可以有效减小系统体积,降低产品成本。课题的应用背景为水下潜航器的推进电机,实际工况下,水泵类负载因为电机间水流的影响具有较大的转矩冲击,电机在I/F控制阶段及向滑模观测器进行状态切换阶段易出现失步现象。本文主要针对上述阶段电机失步进行对策研究。在电机起动阶段,本文采用预定位的方法在电机升速前将电机转子拖至预定位置,对于电流预定位存在的定位盲区问题,研究了一种二次定位法以保证对电机进行可靠的转子预定位。分析I/F控制的稳定性,由于转矩曲线为离线设置,在不规则负载下易发生失步。论文在I/F控制中引用基于有功功率高频分量的电流矢量频率调节闭环,根据负载变化对电机进行阻尼转矩补偿,增加系统的阻尼分量,改善系统的收敛特性。结合基于电机转矩角的电流矢量幅值调节闭环,使电机转矩角收敛于参考值,参考值设为0°时电机运行于最大转矩/电流比特性,该方法增加了电机适应负载的能力,防止电机因负载突增超过最大电磁转矩导致电机失步,进一步改善了系统的稳定性与收敛特性。为实现永磁同步电机的全速度范围无位置传感器控制,需要将电机的控制策略在I/F控制与基于滑模观测器的双闭环控制之间切换。本文分析了两种状态切换算法:加权函数状态切换能改善状态切换时的转矩冲及转速振荡,但对负载的适应性较差;减小电流矢量幅值的切换策略对负载的适应性较好,但快速性较差且容易因为负载转矩冲击导致电机失步。在此基础上提出采用了基于双DQ空间坐标系的瞬时状态切换策略,提高了切换的稳定性。最后,在滑模观测器的基础上,引入归一化锁相环对电机反电势进行解调,根据电机的线电压与反电势的关系,对电机进行实时的失步检测,并搭建永磁同步电机驱动系统实验平台。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制电机失步 I/F控制滑模观测器

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基于RBF神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制及单神经元PID控制

基于RBF神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制及单神经元PID控...

引用

作者：王明超天津大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点,在很多领域都显示出强大的竞争力,但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势,而且降低了系统高速运行的可靠性,增加了成本,探索... 详细信息

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点,在很多领域都显示出强大的竞争力,但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势,而且降低了系统高速运行的可靠性,增加了成本,探索实用的无位置传感器检测转子位置的方案成为开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Motor Drive, SRD)研究的热点。SRM高度非线性的电磁特性决定了在精确的数学模型基础上实现无位置传感器控制十分困难,而人工神经网络的出现为解决这个问题提供了新的思路。径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络是一种映射能力极强的前向型神经网络,具有收敛速度快、全局逼近能力强等优点。本文提出一种利用自适应RBF神经网络对SRM进行控制的新方法,所采用的RBF神经网络以电机绕组的相电流、磁链作为输入,转子位置作为输出,通过离线和在线相结合的方法对网络进行训练,建立SRM电流、磁链与转子位置之间的非线性映射,从而实现SRM的无位置传感器控制。常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下,PID控制效果良好,但当被控对象具有高度非线性和不确定性时,仅靠PID调节效果不好。对于SRM,它的电磁关系高度非线性,固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。论文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的SRM单神经元PID自适应控制新方法。该方法针对开关磁阻电机的非线性,利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成开关磁阻电机的单神经元自适应控制器,不但结构简单,而且能适应环境变化,具有较强的鲁棒性。同时构造了一个RBF网络对系统进行在线辨识,建立其在线参考模型,由单神经元控制器完成控制器参数的自学习,从而实现控制器参数的在线调整,能取得更好的控制效果。仿真及实验结果表明,自适应RBF神经网络能够实现电机的准确换相,从而实现了电机的无位置传感器控制; 基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应控制能够达到在线辨识在线控制的目的,控制精度高,动态特性好,具有较好的自适应性和鲁棒性。

关键词：开关磁阻电机无位置传感器控制 RBF神经网络单神经元 PID 在线辨识

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同步磁阻电机全速域无位置传感器控制研究

同步磁阻电机全速域无位置传感器控制研究

引用

作者：王文超南京理工大学

学位级别：硕士

同步磁阻电机凭借其调速范围广、生产成本低、转矩脉动小以及结构简单可靠等优势广泛应用于诸多领域。在同步磁阻电机高性能矢量控制中,电流环和速度环的闭环控制以及坐标变换都需要精确的转子位置信息,但引入位置传感器会降低系统可靠... 详细信息

同步磁阻电机凭借其调速范围广、生产成本低、转矩脉动小以及结构简单可靠等优势广泛应用于诸多领域。在同步磁阻电机高性能矢量控制中,电流环和速度环的闭环控制以及坐标变换都需要精确的转子位置信息,但引入位置传感器会降低系统可靠性,高温、振动、远距离等特殊场合也限制了传感器的使用。因此,实现同步磁阻电机无位置传感器控制尤为迫切。在电机全速域范围内,单一的无位置传感器控制策略难以进行精确估算。因此本文将电机全转速分为零低速和中高速两个运行阶段,不同转速下使用不同算法。零低速阶段,针对传统高频电压注入法在求取转子位置时使用大量滤波器带来的相位延迟问题,提出一种改进的脉振高频方波注入策略,通过代数运算分离电流响应中基波分量和高频分量,减少观测器相位滞后的同时提升系统动态性能。在中高速阶段,使用具有光滑连续特性的饱和函数设计滑模控制律,削弱传统滑模算法的系统抖振。在此基础上,利用反电动势的反馈环节设计自适应观测器,并借助锁相环对转子相位延迟做出补偿,提升系统的鲁棒性和观测精度。将电机在全转速范围利用不同算法分段估算,关键是保证两种无位置传感器策略在切换区间平滑过渡。传统加权复合控制,权重系数在切换区间线性增加或减少。由于两种无传感器算法估计误差不同,权重系数单纯线性变化不能消除系统估算误差的振荡,会造成转速阶跃性跳变。基于此问题设计新型复合观测器,核心思路为放弃使用角度信号转而对误差信号进行平滑。在过渡区间内对两种控制策略的位置误差信号融合,并根据运行速度调整误差权重以改变反馈回锁相环的误差量。最后对本文所提出的改进无位置传感器算法以及复合观测器进行原理分析和参数设计,并通过仿真和实验验证了控制方案具有良好的跟踪精度和抗负载扰动能力,可以实现同步磁阻电机稳定高效地运行。

关键词：同步磁阻电机无位置传感器控制高频注入法滑模观测器复合控制

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五相磁场增强型永磁电机无位置传感器控制研究

五相磁场增强型永磁电机无位置传感器控制研究

引用

作者：韩赛江苏大学

学位级别：硕士

为应对传统燃油车引起的环境污染和能源消耗问题,需大力发展新能源汽车。推动电动汽车产业高质量发展,加快建设汽车强国,已成为势不可挡的时代潮流。电机及其驱动系统作为电动汽车的关键部件,决定着电动汽车的动力性能。为满足电动汽车... 详细信息

为应对传统燃油车引起的环境污染和能源消耗问题,需大力发展新能源汽车。推动电动汽车产业高质量发展,加快建设汽车强国,已成为势不可挡的时代潮流。电机及其驱动系统作为电动汽车的关键部件,决定着电动汽车的动力性能。为满足电动汽车多运行工况需求,本文研究了一种五相磁场增强型永磁同步电机(Flux Intensifying Permanent Magnet Synchronous Motor,FI-PMSM)。该电机通过磁通增强设计,实现了反凸极特性,降低了永磁体退磁风险,提高了电机调速范围,同时还具备转矩脉动小和容错性强等特性。在电动汽车复杂运行环境下,电机驱动系统中的位置传感器极易发生故障,造成系统失速,降低系统可靠性。为此,本文基于电机正常和故障工况,对五相FI-PMSM无位置传感器控制开展相关研究工作。主要工作如下:(1)开展五相FI-PMSM的电机特性及其驱动控制策略研究。详细分析五相FI-PMSM的电机结构、电磁特性和反凸极特性,并建立其数学模型。根据五相FI-PMSM的反凸极特性,提出基于MTPA的驱动控制策略,以充分利用其磁阻转矩发挥电机性能。通过相关实验,验证了所提出的五相FI-PMSM驱动系统在运行效率、动稳态性能方面的优势。(2)开展电机正常工况下五相FI-PMSM无位置传感器控制研究。根据五相FI-PMSM高频数学模型,对基于脉振高频注入法的传统五相FI-PMSM无位置传感器控制系统进行分析。针对无位置传感器控制中的次级凸极性谐波和动态性能问题,提出一种基于频带自适应的次级谐波抑制方法。详细阐述次级凸极性谐波特点,引入自适应线性神经元滤波器(Adaptive Linear Neuron Filter,ADALINEF)抑制次级凸极性谐波,同时引入频带自适应滤波器(Adaptive Band Filtering,ABF)进行位置信号解调以提升系统动态性能。通过与传统无位置算法进行对比实验,验证了所提方法能够有效降低转子位置观测误差,且具有更好的动态性能。(3)开展电机故障工况下容错无位置传感器控制研究。基于故障模型和传统容错控制方法,分析电机故障运行对五相FI-PMSM无位置传感器控制系统的影响。针对电机故障下的转矩脉动明显增加以及转子位置观测性能下降等问题,提出基于扰动自适应控制器(Disturbance Adaptive Controller,DAC)的容错无位置传感器控制策略。通过与传统方法进行故障工况对比实验,验证了所提策略具有更好的动稳态性能优势。

关键词：五相磁场增强型永磁同步电机无位置传感器控制频带自适应扰动自适应控制器次级凸极性谐波

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永磁同步电动机无位置传感器控制技术研究

永磁同步电动机无位置传感器控制技术研究

引用

作者：石强山东大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、功率密度高、功率因数高、效率高、高转矩/惯量比、可靠性高、维护方便等诸多优点,应用广泛。但传统的PMSM中安装位置传感器会带来安装困难、使用环境受限等一系列问题,因而无位置传感器控制... 详细信息

永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、功率密度高、功率因数高、效率高、高转矩/惯量比、可靠性高、维护方便等诸多优点,应用广泛。但传统的PMSM中安装位置传感器会带来安装困难、使用环境受限等一系列问题,因而无位置传感器控制技术顺势而生,促进PMSM更为广泛应用,具有十分重要的意义。本课题源自PMSM在风机水泵中的应用,当今社会风机水泵类电机在国民生活各个领域广泛应用,使用无位置传感器PMSM具有高效节能、高性能、成本低、可靠性高等优点。本文首先研读了国内外关于PMSM无位置传感器控制技术的大量文献,总结概述了PMSM无位置传感器控制技术的研究意义、研究现状和研究方法,选择具有较强鲁棒性、较好稳定性的滑模变结构控制作为本文无位置传感器矢量控制技术的研究核心。通过坐标变换,建立PMSM在dq0坐标系下的数学模型,明确采用id=0控制的PMSM矢量控制系统需要重点研究解决的问题。其中对于矢量控制中的SVPWM内容,重点分析论证了基于改进Clark逆变换三相电压值符号判定的T1、T2正的简化算法,该法根据改进Clark逆变换三相定子电压值符号就可判定电压矢量所在扇区,并给出其所在扇区两侧相邻基本电压矢量作用时间T1、T2与此刻某两相电压值的正比例关系。接着重点研究获取PMSM转子位置信号的无位置传感器控制技术：首先研究了PMSM中高速运行段的滑模变结构控制。根据PMSM在两相静止坐标系下的数学模型建立PMSM滑模观测器,定义估算电流和实际电流误差为切换面,使用具有抑制抖动作用的饱和函数作为控制函数,采用一阶低通滤波器对控制函数滤波提取出反电动势估算信号,然后把控制函数和反电势估算信号一同反馈到滑模观测器,构成完整的PMSM滑模变结构控制。然后依据滑模控制理论,论证给出所建立的滑模变结构控制的存在性、可达性、稳定性条件。再对反电动势估算信号进行二次滤波得到最终的反电动势信号,用于求解转子位置角,并研究了基于恒定延迟角滤波器的转子位置角补偿方法,最后给出转速的估算方法。其次在零速和低速阶段研究了PMSM的开环起动算法,零速时通过转子预定位迫使转子位于A相绕组轴线位置,再通过电流闭环起动法使PMSM以恒定加速度起动。然后给出开环起动和闭环运行间的切换方法。然后研制了PMSM无位置传感器控制器。对硬件部分,设计了控制器的主电路、dsPIC DSC最小系统、驱动电路、检测电路、故障保护电路、串行通讯和电源系统电路。软件设计部分,从顶层设计和实时性要求角度将软件设计划分为主程序设计和A/D中断程序设计,在A/D中断程序中完成整个控制算法的运行,然后着重研究了滑模变结构控制系统程序设计,对其中恒定延迟角的一阶低通滤波器的离散化实现和转子电角速度在软件中的具体求解做了研究。最后通过大量实验进行改进完善,验证了所研制的无位置传感器控制器能够稳定可靠地驱动PMSM平稳运行,证明了本课题研究的滑模变结构控制的PMSM无位置传感器控制技术的可行性。

关键词：永磁同步电动机无位置传感器控制滑模变结构控制矢量控制 dsPIC DSC

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车用永磁同步电机低速域无位置传感器控制策略研究

车用永磁同步电机低速域无位置传感器控制策略研究

引用

作者：唐辉南京理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机自身具有体积小、效率高、可靠性强等诸多优点,在电动车辆、数控机床等多种交流伺服领域得以广泛使用。准确的转子位置信息反馈是提升轮毂电机驱动控制性能的关键。传统的机械式位置传感器增加了系统成本,受电动汽车复杂的... 详细信息

永磁同步电机自身具有体积小、效率高、可靠性强等诸多优点,在电动车辆、数控机床等多种交流伺服领域得以广泛使用。准确的转子位置信息反馈是提升轮毂电机驱动控制性能的关键。传统的机械式位置传感器增加了系统成本,受电动汽车复杂的运行工况限制可靠性大幅降低。为此本文对低速域永磁同步电机无位置传感器控制策略进行深入研究,主要内容如下:首先,针对永磁同步电机转子初始位置角检测问题提出了转子初始角度辨识方法,并对比分析了双电压脉冲时间与幅值极性辨识方法的优缺点。由于系统恢复到稳定状态所耗时间较长且其稳定性难以准确判断,而脉冲幅值检测法仅需对响应电流最大值进行比较,算法易于实现且永磁体极性判定可靠性高,因此本文采取脉冲幅值检测法对转子极性进行辨识。对两种常用的高频信号注入无位置传感器控制算法——脉振高频电压注入法及旋转高频电压注入法进行了详细的理论推导和Matlab/Simulink仿真分析。针对位置信号提取过程中采用数字滤波器引起的相位延迟问题,分析其对位置角估测结果的影响,并提出一种基于端点延拓采样点错位相消的相位延迟补偿方法,通过原理推导论证了其可行性。研究了传统基于旋转高频电压注入的无位置传感器控制策略,发现了有限的载波频率和非线性的高频注入信号导致注入电压产生误差的机理,创新提出一种新的位置信号提取方法。通过提前实际注入电压相位达到了减小误差幅值的目的,并进一步采用邻点割线斜率近似替代中点切线斜率的方法,实现了在响应电流差值中提取转子位置信息。理论分析结果表明,该方法能较好的提升电机转子位置跟踪精度。最后,搭建电机对拖实验平台,对本文所提数字滤波器相位延迟补偿方法及新的位置信号提取法进行实验验证和结果分析。实验数据结果证明了本文所提相位延迟补偿方法和新的位置信号提取法的正确性与有效性。所提新方法位置跟踪精度更高,动态响应更快。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制高频注入法相位延迟补偿注入信号非线性位置跟踪精度

来源：评论

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基于改进的高频方波注入的IPMSM无位置传感器控制研究

基于改进的高频方波注入的IPMSM无位置传感器控制研究

引用

作者：刘鸿钰长安大学

学位级别：硕士

内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)因其弱磁性好、凸极性强等优点而广泛用于高性能电机伺服领域。电机控制中的无位置传感器控制与IPMSM结合后系统成本更低且可靠性更强而成为热点课题,研究控制... 详细信息

内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)因其弱磁性好、凸极性强等优点而广泛用于高性能电机伺服领域。电机控制中的无位置传感器控制与IPMSM结合后系统成本更低且可靠性更强而成为热点课题,研究控制精度高、运行范围宽、调速性能高的高性能IPMSM无传感器控制系统具有重要意义。电机在零低速运行时大多使用基于电机凸极性的高频信号注入法。其中,提高位置估计精度、扩大运转范围等问题成为需深入研究的关键问题。本文针对零低速时高频方波注入IPMSM无传感器控制的位置观测精度、扩大运转范围等问题展开研究并提出有效的改进方案。论文首先介绍永磁同步电机并建立IPMSM数学模型,深入研究坐标变换、凸极效应与空间矢量脉宽调制理论,搭建仿真模型并分析,验证系统的动态响应能力与鲁棒性,为下文高频注入无传感器控制打下基础。接着介绍不同高频注入法原理,针对滤波器的相位延迟问题拟采用无滤波器法,针对影响转子估计精度问题分析交叉饱和效应,分析传统位置观测器电机反转时的失效问题以及电机加减速时的转子位置偏差问题,出于实用性在高频方波注入法中加入初始位置检测,并对具有初始位置检测无滤波器电流解调的高频方波注入法进行仿真分析以验证零低速时其良好的估计精度与动态响应性能。在前文基础上进一步深入研究交叉饱和效应并推导将考虑交叉饱和效应的数学模型,提出对交叉耦合角误差进行补偿的方法,并对其仿真可知位置估计精度被有效提高。进一步提出基于正切锁相环的位置观测器以解决电机反转失效问题,提出归一化方法与补偿环节以解决正切锁相环在电机变加减速状态中估计精度问题并进行仿真验证。最后将以上几点与高频方波注入法结合并仿真,验证系统动稳态性能与估计转子位置精度。仿真及实验结果表示本方案有效提高了转子位置信息估计精度,具有良好的转子位置跟踪能力,扩大了运行范围,在零低速范围内实现了电机正反转无位置稳态误差以及准确跟踪转子位置的性能要求。上述理论研究于Matlab仿真平台与基于TMS320F28335主控芯片的硬件平台进行验证。

关键词： IPMSM 高频方波注入无位置传感器控制交叉饱和效应 PLL位置观测器

来源：评论

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永磁同步电机无位置传感器控制研究

永磁同步电机无位置传感器控制研究

引用

作者：姜瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在国防和航天领域,电机伺服系统的可靠性是至关重要的,在高空中和战场上,系统常常需要应对恶劣的工况,而可靠性的不足会带来灾难性的后果。由于位置传感器往往是一个交流永磁同步电机伺服系统可靠性的薄弱环节,因此国内外学者提出了无... 详细信息

在国防和航天领域,电机伺服系统的可靠性是至关重要的,在高空中和战场上,系统常常需要应对恶劣的工况,而可靠性的不足会带来灾难性的后果。由于位置传感器往往是一个交流永磁同步电机伺服系统可靠性的薄弱环节,因此国内外学者提出了无位置传感器控制的方法,以位置估算算法取代位置传感器实现闭环控制。有关无位置传感器控制的研究有两个关键问题,其一是如何提高位置估算的精度和抗干扰能力,其二是如何实现全速度范围的无传感器控制,以这两个问题为出发点,本文进行了以下研究:首先,针对无位置传感器控制的精度和抗干扰能力,本文提出了一种基于旋转坐标系的闭环计算方法,该方法利用状态观测器估算电机在旋转坐标系下的反电动势,通过配置观测器极点,可以有效提高精度、抑制噪声。其次,针对算法的速度范围问题,本文使用了较为常用开环启动、高速闭环的策略。但速度开环控制虽然去除了位置传感器带来的不可靠,也引入了新的不可靠因素。为提高启动阶段的可靠性,本文提出了多种开环阶段的状态辨识方法,包括启动前的初速度计算、预定位阶段的反转限制以及低速运行的失步检测策略。再次,为进一步提高算法的速度范围,本文对高速运行状态的优化策略进行了研究。为缓解电压饱和引起的力矩下降提出了平移电压算法,为消除无传感器算法引入的角度滞后,进行了角度补偿,保证了高速运行阶段的控制性能。最后为了对以上算法进行实验验证,本文设计了一套无位置传感器控制器,编写控制器软件系统,并以该控制器为核心搭建实验平台,对算法进行实验分析,充分验证了本文提出的算法的有效性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制状态观测器算法优化

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内置式永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

内置式永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

引用

作者：李扬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在性能优越的交流伺服系统中,永磁同步电机具有功率密度高、效率高、体积小等独特优势,已经被广泛应用于多个领域,其中内置式永磁同步电机(IPMSM)还具有转矩更大、适合高速运行的优点。在电机驱动系统中,矢量控制策略需要实时获取转子... 详细信息

在性能优越的交流伺服系统中,永磁同步电机具有功率密度高、效率高、体积小等独特优势,已经被广泛应用于多个领域,其中内置式永磁同步电机(IPMSM)还具有转矩更大、适合高速运行的优点。在电机驱动系统中,矢量控制策略需要实时获取转子磁极的准确位置和转速,使用无位置传感器控制策略替代光电编码器等传感器,不仅可以降低产品成本,还可以拓宽控制系统的应用场合。本文针对驱动系统在不同转速下的特点,设计了适用于零低速和中高速的两种不同控制方法并将其结合,主要内容如下:针对IPMSM双闭环控制系统,对电流环和速度环控制器的参数进行了设计。首先建立了IPMSM在不同坐标系下的数学模型,基于该模型设计矢量控制系统,通过仿真验证了双环满足性能指标。针对IPMSM在低速下的运行,设计了基于高频方波电压注入的无位置传感器控制策略,在注入方波电压信号的基础上采用改进的信号分离策略,避免了传统滤波器的使用,详细分析了方波注入法的工作原理,采用正交锁相环作为转子的位置观测器,并就观测器的可靠性和普适性设计了合适的参数,在分析了初始位置检测存在无法辨识磁极的问题后,基于定子铁芯的非线性饱和特性,通过注入脉冲电压来判断是否需要补偿初始位置角,然后通过仿真验证了算法的有效性。针对IPMSM在中高速下的运行,设计了基于滑模观测器的无位置传感器控制策略。首先构建了基于拓展反电动势模型的开关函数滑模观测器,就观测器的稳定性进行了分析,并针对抖振问题由准滑动模态控制进行削弱,再通过软件锁相环对噪声加以抑制,为实现算法在高低速之间平滑过渡,设计了线性加权的切换策略,然后通过仿真验证了算法在全速域段运行的可行性。最后,搭建了系统硬件平台并对软件进行了设计,通过实验验证了算法对初始位置检测精确,可实现电机宽速域运行的要求。

关键词：内置式永磁同步电机无位置传感器控制高频方波电压注入滑模观测器

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