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永磁同步电机宽速域无位置传感器控制系统研究

永磁同步电机宽速域无位置传感器控制系统研究

引用

作者：丁佳鑫哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)具有结构简单、能量密度大、调速性能好等优点,因而受到广泛关注。在高性能的调速系统中,为了实现精准控制一般使用双闭环控制,传统的控制系统采用位置传感器检测转子位置信息,转子位置传感器对环境要求高、成本高且... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)具有结构简单、能量密度大、调速性能好等优点,因而受到广泛关注。在高性能的调速系统中,为了实现精准控制一般使用双闭环控制,传统的控制系统采用位置传感器检测转子位置信息,转子位置传感器对环境要求高、成本高且易损坏,因此限制了PMSM的使用环境,为了克服位置传感器的这些缺点,针对PMSM进行了无位置传感器位置估计的研究,设计一套宽速域无位置传感器控制系统,通过仿真和实验验证了所提方案的可行性。本文根据PMSM的结构特点,推导出三种坐标系下的电机数学模型,介绍了SVPWM和矢量控制原理。在高速阶段采用滑模观测器的无传感器控制方法,然而滑模观测器也有比较突出的“抖振”问题和估计的转角相位滞后问题,为解决该问题,着重研究二阶超螺旋滑模观测器,针对控制过程中的估计误差、转角相位延迟等问题进行改进,在超螺旋算法的积分项中加入自适应系数,将开关函数改进为饱和函数,低通滤波器改进成为变截止频率的低通滤波器。在仿真平台中建立传统算法和改进算法的仿真模型,仿真结果表明改进算法动态响应快、估计精度高。在低速阶段电机的反电动势较小,滑模观测器法估计精度降低。为解决该问题,在低速阶段设计高频脉振电压注入法以提高低速运行时的估计精度。在仿真平台中建立高频脉振电压注入法控制模型,仿真结果表明,在低速下高频脉振注入法具有较好的估计精度,能够满足拖动系统控制要求。为了验证所提方案的可行性,设计了基于TMS320F28335的电机控制平台,在开发的实验平台上首先进行了有位置传感器的基本运行实验,在此基础上引入无位置传感器控制算法,最后进行了对比实验。通过实验表明本文设计的改进滑模观测器在高速时转速估计误差较传统算法误差降低5r/min,转子位置估计精度较传统算法提高0.09rad,具有较高的估计精度,能够满足拖动系统控制要求。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制滑模观测器高频注入

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两相开关磁阻电机的无位置传感器控制研究

两相开关磁阻电机的无位置传感器控制研究

引用

作者：贾泽宇中国矿业大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)是一种高性能无稀土特种电机,具有结构简单、可靠性高、成本低廉以及调速范围广等特点。两相SRM作为一种相数较少的开关磁阻电机,可以简化控制系统,应用于单向高速运行场合则更能凸显出低... 详细信息

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)是一种高性能无稀土特种电机,具有结构简单、可靠性高、成本低廉以及调速范围广等特点。两相SRM作为一种相数较少的开关磁阻电机,可以简化控制系统,应用于单向高速运行场合则更能凸显出低成本与高可靠性的优势。但是,位置传感器的存在会削弱本体结构方面的优势,使得该类电机在高温、高速等极端运行条件下受限,且现有无位置传感器控制技术大多数是基于三相及以上相数的电机拓扑结构,而在两相结构方面却很少涉及。因此,本文对两相SRM的无位置传感器控制技术进行相应研究,对电机起动、中低速、中高速及全速域条件下运行等方面的控制策略进行了相应的理论分析、仿真及实验验证,具体内容如下:首先,针对两相SRM的基本结构、工作原理及控制方式进行了简要概述,采用线性电感模型分析两相结构缺乏自起动能力的特性及特殊相位差所导致的分区异常问题,在此基础上采用渐进阶梯型转子结构拓宽电感上升区域以增强自起动能力。同时,对样机采用有限元软件进行转矩特性优化及动态运行仿真,并利用得出的转矩及电感特性曲线在后续控制系统模型中搭建电机本体模块。之后,在电机处于静止状态或中低速运行时,本文基于高频脉冲注入法提出两相SRM的起动方法并根据非导通区间的电流斩波方式将低速算法分为两类进行叙述。在电机起动时,首先接替导通两相使电机处于短暂的惯性运行状态,之后向两相同时注入高频脉冲,当某相脉冲电流峰值处于下降阶段时将其设定为初始励磁相,从而将转子位置分为四个区域,并得出相应的导通逻辑。在中低速运行方面,当非导通区采用低阈值电流滞环斩波方式时,计算实时的电流斜率差值,并根据相邻最大斜率差值点进行线性递推以计算电机转速及转子位置,该方法可以避免磁饱和影响;当非导通区注入固定频率的脉冲时,提出阈值更新的电流峰值比较法,该方法基于最小电感位置设定初始阈值,并在脉冲电流峰值不低于该阈值时发出位置检索脉冲,最后通过相邻脉冲间隔计算实时转速与转子位置并更新阈值状态,削弱了运动反电势的影响,提高了原有算法的估计范围。进一步的,在电机中高速运行时,本文对电流梯度法与电感梯度法应用于两相SRM进行了研究,根据相电感极值点将两类方法进行再分类,并探讨了在各类工况下不同算法的位置计算结果。同时,针对不同速域间无位置传感器控制算法的切换问题,本文提出了基于单转速阈值的算法切换策略,该方法通过低速算法所适用的最大转速及前端斩波状态分别推算转速阈值的上下限,并将阈值设定在上下限范围内以实现低速与高速算法间的快速切换。最后,搭建了基于RT-LAB的实验平台,包括功率变换器、电机本体及相应控制系统等,并采用该平台对文中所述的各类控制算法进行了相关实验,实验结果验证了控制算法的正确性。

关键词：两相开关磁阻电机无位置传感器控制反电势电磁饱和全速域运行

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永磁同步电机无位置传感器控制在电动助力车上的研究与应用

永磁同步电机无位置传感器控制在电动助力车上的研究与应用

引用

作者：韩逍武汉轻工大学

学位级别：硕士

电动助力车可以理解为有动力辅助系统的自行车,主要用途是帮助骑行者能够更容易加速、爬坡和克服风阻。永磁同步电机是电动助力车的核心组成部分,它的表现对车辆的总体表现有重要影响。当前,永磁同步电机以其高效、高功率密度、高精度... 详细信息

电动助力车可以理解为有动力辅助系统的自行车,主要用途是帮助骑行者能够更容易加速、爬坡和克服风阻。永磁同步电机是电动助力车的核心组成部分,它的表现对车辆的总体表现有重要影响。当前,永磁同步电机以其高效、高功率密度、高精度、低噪声、长寿命等优点成为电动助力车电机的不二之选。传统的永磁同步电机控制方法依赖于机械式传感器,以确定电动机的位置及转速。但是,由于机械式传感器的价格昂贵且尺寸较大,因此,电动助力车领域普遍采用低分辨率霍尔位置传感器作为电机的主要传感器。本文提出了一种新的方法来优化电动助力车的动态性能,该方法基于滑模观测器,可以有效地解决低分辨率霍尔位置传感器在高速行驶时精度下降的问题。本文首先通过表贴式永磁同步电机的结构,推导出了电机模型,并详细解释了电压空间矢量脉宽调制的基础概念。针对电动助力车的高速动态性能要求高的特性,采用基于滑模观测器法的无位置传感器控制算法。同时为解决永磁同步电机的无位置控制算法的启动问题,采用了基于霍尔传感器启动方案,从而实现低速、高精度的霍尔启动。然后使用MATLAB/Simulink工具,搭建了一个永磁同步电机的无位置传感器系统的仿真模拟,分析了各种负载条件下的转子位置以及转速信号,从而验证该系统的可行性。此外,本文还采用士兰微公司的SC32F5664芯片搭建了一个永磁同步电机无位置传感器,其中包括电路和软件的设计。最后,为了验证该系统是否满足要求,构筑了一个永磁同步电机无位置传感器控制系统实验平台,以检测它在不同状态下的性能,包括启动、空载、加载以及稳定运行状态。经过仿真和实验验证,本文所设计的无位置传感器永磁同步电机控制系统启动性能优秀,响应速度快,估算精度高,运行效率也较为出色,验证了该系统在电动助力车上应用的可靠性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制电动助力车 SC32F5664 滑模观测器

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基于GA-RBF神经网络的SPMSM无位置传感器控制技术研究

基于GA-RBF神经网络的SPMSM无位置传感器控制技术研究

引用

作者：金昊合肥工业大学

学位级别：硕士

在永磁同步电机(PMSM)的控制系统中，获得转子的位置信息是保证控制精度的核心环节。安装位置传感器会增加成本，并且受诸多环境因素的制约。因此，研究PMSM的无位置控制方法具有非常重要的意义。　　PMSM控制系统十分复杂，具有强耦合... 详细信息

在永磁同步电机(PMSM)的控制系统中，获得转子的位置信息是保证控制精度的核心环节。安装位置传感器会增加成本，并且受诸多环境因素的制约。因此，研究PMSM的无位置控制方法具有非常重要的意义。　　PMSM控制系统十分复杂，具有强耦合性和非线性，对其控制前需先进行解耦，增加了控制难度。神经网络凭借其逼近非线性函数的能力，可以不依赖于具体模型，将径向基函数(RBF)神经网络应用于PMSM的无位置控制系统中，可以简化控制算法，减少系统对参数的依赖。本文对RBF神经网络学习算法深入研究，并针对RBF神经网络选择不合适的初始参数容易使网络陷入局部最优的问题，采用遗传算法(GA)来优化RBF神经网络的初始参数，利用其全局寻优的特性，选取合适的初始参数，从而改善神经网络的性能。本文通过优化后的GA-RBF神经网络观测器来估计表贴式永磁同步电机(SPMSM)的转子位置和转速，建立了基于GA-RBF神经网络观测器的SPMSM无位置传感器矢量控制系统。GA-RBF观测器首先估计了两相静止坐标系下的反电动势，然后引入锁相环实时估计了转子位置和转速，减少了积分带来的累积误差。GA-RBF观测器与速度环和电流环一起构成了双闭环的矢量控制系统。　　接着设计了表贴式永磁同步电机无位置传感器控制器，并通过Matlab软件里的Simulink仿真模块建立了SPMSM无位置传感器控制系统的仿真模型，仿真结果表明，GA优化后的RBF神经网络收敛性得到提高，从而实现对SPMSM的高精度控制。最后设计了SPMSM的硬件电路和软件流程。

关键词：表贴式永磁同步电机矢量控制无位置传感器控制神经网络

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低开关频率下大功率牵引电机无位置传感器控制研究

低开关频率下大功率牵引电机无位置传感器控制研究

引用

作者：王志宇东南大学

学位级别：硕士

随着社会和经济的发展,高铁动车组在轨道交通运输中承担越来越重要的任务。永磁同步电机以其体积小、转动惯量小、低速输出转矩大、弱磁性能好等优点正逐步取代异步电机成为大功率牵引电机发展的新方向。牵引电机控制系统具有大功率、... 详细信息

随着社会和经济的发展,高铁动车组在轨道交通运输中承担越来越重要的任务。永磁同步电机以其体积小、转动惯量小、低速输出转矩大、弱磁性能好等优点正逐步取代异步电机成为大功率牵引电机发展的新方向。牵引电机控制系统具有大功率、高电压和大电流的特点,给电机控制带来一系列问题。本文主要针对牵引电机全速运行范围内的无位置传感器控制方法展开研究工作。首先,本文提出了一种新型位置估计算法。基于内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)在两相静止坐标系下的电压方程构建优化函数并求解最小值得到电机位置和转速的估计值。从数学角度对优化函数在电机初始位置定位和全速范围运行时的收敛性进行分析,证明了求解优化问题的可行性。选取拟牛顿迭代法作为求解算法,避免了在线实时计算复杂的海森矩阵。为保证初始位置定位和电机刚启动阶段算法的收敛,需要在估计位置坐标系的d轴注入电压信号。其次,本文提出了一种新型调制技术,该方法选取偶数个载波周期作为新的开关周期。为保持输出波形中心对称,前半部分载波采取下降计数方式,后半部分采取上升计数方式。根据参考占空比,从中心处载波开始设置占空比,依次向两边对称设置占空比,直至总开关周期内平均占空比达到参考占空比。设置开关频率切换函数,使开关频率根据电流大小自动调节。该方法能够保证载波频率不变的情况下根据电流大小实时调节开关频率,且能在低开关频率时仍保持高计算频率。再次,针对低开关频率下IPMSM电压方程简单离散化模型存在较大误差的问题,本文在考虑采样、逆变器电压锁存后,根据现代控制理论中连续状态方程的求解公式推导了IPMSM的精确离散化电压模型。基于精确离散化模型设计了电流环控制器,由于实时计算控制器矩阵较为困难,采用离线计算制成表格的方法实时调节控制器参数。最后,搭建了IPMSM实验平台,通过实验对提出的位置估计算法、新型调制技术和电流环控制器进行了验证,证明了本文提出的方法的合理性与有效性。

关键词：牵引电机无位置传感器控制调制技术精确离散化模型电流环控制器

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基于单电流传感器的五桥臂逆变器双电机系统无位置传感器控制

基于单电流传感器的五桥臂逆变器双电机系统无位置传感器控制

引用

作者：贺军天津工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其具有体积小、可靠性高等优点被广泛应用在交流调速控制领域。此外,例如新能源发电、机械制造、电动汽车等领域都需要多个电机共同配合完成工作。传统的双电机系统包含两个... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其具有体积小、可靠性高等优点被广泛应用在交流调速控制领域。此外,例如新能源发电、机械制造、电动汽车等领域都需要多个电机共同配合完成工作。传统的双电机系统包含两个逆变器,开关管数量较多增加了系统的故障率。为了提高系统的控制性能,五桥臂逆变器(Five-leg voltage source inverter,FL-VSI)作为开关管损坏时的一种容错方案受到广泛关注。半周期调制策略是五桥臂逆变器传统的调制方法,此方法的优点是实现了对两台电机独立控制,但是一个控制周期内每台电机只有一半时间在保持运行,降低了电压利用率,导致系统的调速范围不高。精准的转子位置角和准确的相电流信息是确保电机系统稳定运行的关键因素。电机位置角主要通过位置传感器来获取,但这些设备容易受到外界干扰,影响采集信息的精度,降低系统的控制性能,因此很多学者投入到无位置传感器控制的研究中。在传统的双电机系统中,会使用六个电流传感器来获取两台电机的三相电流,增大了整个系统体积、提高了成本,所以很多学者对利用一个电流传感器重构相电流的方法展开研究。本文在对五桥臂逆变器双电机系统研究的基础上,将单电流传感器和无位置传感器控制相结合,提出了一种通过重构电流实现位置估计的方法。首先,本文采用一种占空比校正的方法提高了直流母线电压利用率低的问题。其次,通过安装在直流母线上的一个电流传感器来重构两台电机的三相电流,为了解决重构盲区问题,提出了一种高频电压信号注入的方式,对其注入形式和幅值进行理论分析。然后改进了电流重构方法和扩展了高频电压信号注入周期,减小了因高频注入和电流采样点不同引起的重构误差。最后,在重构的电流中提取包含位置信息的高频分量,估计两台电机的转子位置。在理论基础上,首先使用MATLAB/Simulink软件进行相关仿真模型的搭建,对此方法的正确性进行仿真验证;然后在双电机系统实验平台上进行了相关控制算法的实验验证。

关键词：五桥臂逆变器单电流传感器无位置传感器控制

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开关磁阻电机神经网络建模与无位置传感器控制

开关磁阻电机神经网络建模与无位置传感器控制

引用

作者：谢细明天津大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机调速系统因其结构简单、工作可靠、效率高、成本低及能在较宽的调速范围内稳定运行,自问世起就受到了广泛的关注。但由于电机的双凸极结构,磁链是转子位置角和电流的非线性函数,建立精确的磁链模型较为困难。且传统控制系... 详细信息

开关磁阻电机调速系统因其结构简单、工作可靠、效率高、成本低及能在较宽的调速范围内稳定运行,自问世起就受到了广泛的关注。但由于电机的双凸极结构,磁链是转子位置角和电流的非线性函数,建立精确的磁链模型较为困难。且传统控制系统中位置传感器的存在使得电机结构复杂、成本增加、可靠性降低,削弱了应用的优势。因此,开关磁阻电机的精确建模和无位置传感器控制策略得到了广泛的研究。本文建立了一种基于DSP芯片TMS320F2812的开关磁阻电机磁链特性检测系统。该系统利用DSP的模数转换功能和串口通信功能,实时采集电机的电压电流信号,并将结果传送至上位机,利用数字离散方法计算磁链,建立不同转子位置下电流与磁链的对应关系。实验表明,该系统能够准确地获取电机的磁链特性,并且成本较低,操作方便。由于开关磁阻电机磁链是转子位置角和电流的非线性函数,常规方法难以建立精确的数学模型。文中利用小波神经网络建立电流、转子位置角和磁链的非线性映射。结果表明,该方法建立的开关磁阻电机磁链模型误差小,具有较强的泛化能力,对于电机的在线优化控制具有重要意义。本文提出了一种新的基于小波神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制策略,该方法采用两个不同的小波神经网络分别获取相绕组的开通信号和关断信号,经过综合处理得到单相绕组的换相逻辑。神经网络以相绕组的电流和磁链为输入,以各相的开关信号为输出,从而建立起电流、磁链和开关信号的非线性映射,训练完成后,用神经网络输出结果取代位置传感器,实现电机无位置传感器运行。仿真和实验结果表明,由小波神经网络辨识得到的换相信号和由位置传感器获得的换相信号相比,误差较小,电机能够准确换相,且输出转矩波动小,转速曲线平滑。本文以TMS320F2812为主控制器建立了开关磁阻电机控制系统,利用控制器强大的信号处理和实时控制功能实现了电机的各种控制方法,且为神经网络离线训练提供学习样本,为研究开关磁阻电机的无位置传感器控制提供了良好的硬件基础。

关键词：开关磁阻电机小波神经网络磁链特性检测磁链特性建模无位置传感器控制

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永磁轮毂电机状态反馈控制与无位置传感器控制研究

永磁轮毂电机状态反馈控制与无位置传感器控制研究

引用

作者：胡昌昌江苏大学

学位级别：硕士

随着环境污染和资源短缺问题日益严峻,节能减排愈发受到人们的重视。新能源汽车的发展是事关民族复兴的重大战略。汽车电动化是节能减排的重要措施之一。轮毂电机（Hub Motor,HM）是一种直接置于车轮中的电机,相较于传统汽车的驱动形式... 详细信息

随着环境污染和资源短缺问题日益严峻,节能减排愈发受到人们的重视。新能源汽车的发展是事关民族复兴的重大战略。汽车电动化是节能减排的重要措施之一。轮毂电机（Hub Motor,HM）是一种直接置于车轮中的电机,相较于传统汽车的驱动形式,轮毂电机汽车省去了笨重的机械传动系统,从而大大提升了电池能量利用率,能够提高车辆操纵稳定性和安全性,因此轮毂电机也被业界称为电动汽车的终极驱动形式。由于永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）与其他类型的电机相比,具有高功率密度、低损耗、体积小等优点,因此永磁轮毂电机（Permanent Magnet Synchronous Hub Motor,PMSHM）是目前使用最广泛的轮毂电机之一。寻求更高性能的PMSHM控制算法对于提升PMSHM性能有重要意义。本文在国家自然科学基金（51875261）、江苏省杰出青年基金项目（BK20180046）与江苏省优秀青年基金项目（BK20170071）的支持下,针对新能源汽车用PMSHM的基本原理、控制方法、基于dSPACE的快速控制原型平台搭建和实验验证等进行研究。主要内容如下:1、阐述了PMSHM的结构、运行原理,分析了PMSHM的数学模型、不同坐标系下的矢量变换,重点讨论了常用矢量控制的原理及空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）的实现方法,并对双闭环矢量控制策略进行了仿真研究,为后续改进研究奠定了基础。2、针对PMSHM传统控制方法的不足,提出了基于灰狼算法优化的状态反馈控制器结构。采用反馈解耦的方式实现PMSHM模型的线性化,在电机模型中增加了积分量以提升稳态性能。以控制目标为依据设计了灰狼算法中用于选择状态反馈控制器参数的适应度函数,并在适应度函数中引入了速度超调惩罚量,以使设计的控制器能尽可能的抑制速度超调。3、提出了基于二分查找法锁相环（Binary Search Algorithm-Based PhaseLocked Loop,BSA-PLL）的PMSHM的无传感器矢量控制。根据电机反电动势的特点设计了选择转子位置的适应度函数,通过不断将位置空间二分迭代来提升位置估计精度。针对PMSHM低速时反电动势幅值较小的问题,设计了电机低速起动的方法。4、基于dSPACE搭建了快速控制原型开发平台,详细介绍了硬件设计的步骤,包括驱动电路、保护电路和传感器电路等,介绍了软件接口的选择。为后续实验研究奠定了基础。5、在设计的快速控制原型开发平台上,开展了所设计的状态反馈控制器和无位置传感控制器的实验验证。实验结果表明所设计的状态反馈控制器在稳态及瞬态时都能达到预定目标,所提出的BSA-PLL与常规锁相环（Phase-Locked Loop,PLL）相比有更快的响应速度并和更小的振荡。

关键词：永磁轮毂电机无位置传感器控制状态反馈控制灰狼优化算法快速控制原型平台

来源：评论

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基于DPWM技术永磁同步电机无位置传感器控制方法研究

基于DPWM技术永磁同步电机无位置传感器控制方法研究

引用

作者：安宁沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着国家双碳战略的推进,交流电机系统向着高能效方向发展。其中永磁同步电机(PMSM)凭借自身结构简单、功率密度高、运行效率高等优点被广泛应用于交流电机系统。无位置传感器控制技术既能降低交流电机系统的硬件和维护成本,在一定程度... 详细信息

随着国家双碳战略的推进,交流电机系统向着高能效方向发展。其中永磁同步电机(PMSM)凭借自身结构简单、功率密度高、运行效率高等优点被广泛应用于交流电机系统。无位置传感器控制技术既能降低交流电机系统的硬件和维护成本,在一定程度上也可以提高系统的可靠性,因而在风机泵类等工作环境较恶劣的产品中得到广泛应用。采用连续脉宽调制(CPWM)技术时逆变器损耗高,且逆变器非线性因素会增大转子位置估计误差,降低无位置传感器控制系统性能。因此研究提升交流电机系统能效和降低转子位置估计误差的方法,对提高PMSM无位置传感器控制系统性能有重要意义。对PMSM矢量控制和脉宽调制技术进行研究。首先搭建了PMSM的基波数学模型和扩张状态模型,然后简要介绍了矢量控制原理、前馈解耦及参数整定方法,最后详细介绍了CPWM和不连续脉宽调制(DPWM)两种调制技术的原理及实现方法,并基于实验分析了不同调制技术下电流性能的差异和规律。基于DPWM技术,针对滑模观测器在无位置传感器控制中存在固有抖振和有限时间内不收敛的问题,提出了高阶超螺旋非奇异快速终端滑模观测器。首先,当系统中存在高频噪声时,传统终端滑模面中的微分项会放大噪声进而导致系统抖振,因此基于PMSM扩张状态模型设计了一种高阶超螺旋观测器对微分项进行重构。然后设计了一个新的非奇异快速终端滑模面并给出控制率,以实现状态变量的有限时间收敛。最后通过实验验证了所研究方法在DPWM技术下比CPWM技术下具有更好的稳态、动态性能以及更低的逆变器损耗。针对逆变器非线性因素会增大无位置传感器控制系统中转子位置估计误差的问题,研究逆变器非线性电压前馈补偿策略。首先,从逆变器数学模型出发,考虑寄生电容的影响,进行了详细的数学推导。然后,针对非线性数学模型难以精确建立的问题,通过电流注入的方法离线获得畸变电压和定子电流的映射关系,并使用非线性拟合的方法获得畸变电压的一次函数,同时考虑到DPWM技术和CPWM技术的畸变电压存在差异,给出转子位置与畸变电压关系的表格,通过查表法实现DPWM技术的逆变器非线性电压前馈补偿。最后通过实验验证补偿策略的有效性和可行性。

关键词：永磁同步电机不连续脉宽调制无位置传感器控制滑模观测器逆变器非线性补偿

来源：评论

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永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

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作者：苗文彬中国矿业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性强、功率密度和效率高等优点,在工业、医疗、民用和国防等领域得到了广泛的应用。高性能的永磁同步电机无位置传感器控制技术更是近年来的研究热点。本文以内插式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性强、功率密度和效率高等优点,在工业、医疗、民用和国防等领域得到了广泛的应用。高性能的永磁同步电机无位置传感器控制技术更是近年来的研究热点。本文以内插式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,分别对高速和低速范围内的无位置传感器控制技术进行了分析和研究。首先,分析了永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理,对永磁同步电机矢量控制系统的电流预测控制进行了研究。由于基于拉格朗日插值的传统无差拍预测控制算法对电机电感参数失配比较敏感,为此,本文采用一种改进的无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法,提高了算法的鲁棒性。重点研究了基于传统滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统,理论分析及仿真结果表明传统滑模观测器存在抖振和估计角度滞后等问题。其次,基于内插式永磁同步电机的扩展状态方程设计了二阶非奇异终端滑模观测器,用于解决传统滑模观测器存在的问题。该观测器中的抖振信号被磁链方程滤波且不影响磁链相位,不需要低通滤波,避免了相位延迟,并利用非奇异终端滑模提高了滑模观测器的收敛速度,利用高阶滑模进一步抑制了系统的抖振。由于测量误差以及工作状况的变化,观测器中的参数将会存在一定的误差,本文重点分析了定子电阻误差、交轴电感误差和角速度误差对预估磁链幅值和相位的影响,并通过对预估磁链采用锁相环的方法来获得转子位置和转速。再次,采用载波频率成分法用于实现低速范围内的永磁同步电机无位置传感器控制。与传统高频信号注入法不同,载波频率成分法是利用逆变器本身的载波频率成分信号作为高频激励信号,不需要注入额外的高频信号,有效避免了高频信号注入法的不足。在三相三角载波调制方式下,研究了永磁同步电机在α-β轴系和γ-δ轴系下的载波频率成分模型,并采用SDFT提取载波频率成分电流的幅值,利用锁相环来获得转子的位置和转速。最后,基于实验室现有资源,搭建了永磁同步电机无位置传感器控制系统的实验平台,并在实验平台上完成了滑模观测器实验、载波频率成分法实验及无位置传感器控制系统闭环实验,验证了本文所设计的无位置传感器控制策略的有效性和可行性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制无差拍电流预测控制二阶非奇异终端滑模观测器载波频率成分法滑动离散傅里叶变换

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