随着汽车产业物联网和智能化的普及,轮毂电机驱动电动汽车由于其智能化和低污染化的优势,越来越受到广泛大众的青睐。永磁同步电机因其自身结构简易、高功率密度和高效率等特点,已然成为目前车用驱动轮毂电机的主流选择。车用驱动轮毂电机对自身动态性能要求较高,其整体控制性能对电动汽车的动力性和安全性影响较大,所以如何准确获取轮毂电机的转子位置至关重要。由于轮毂电机驱动电动汽车行驶工况复杂多变,一般用于获取转子位置信息的机械式传感器会容易发生故障,进而影响电动汽车行驶安全性和动力性。故而,车用驱动电机的无位置传感器控制技术是近几年的研究热点。本文主要工作内容如下:首先,为了实现车用永磁同步轮毂电机(Permanent Magnet Synchronous Hub Motor,PMSHM)的矢量控制,根据矢量控制系统的要求,在两种不同坐标系下建立了表贴式PMSM数学模型。紧接着对PMSM矢量控制原理进行了简单的介绍,选取了合适的控制策略,并对空间电压矢量脉宽调制技术(Space Voltage Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的基本原理和算法的实现进行了推导分析。在此基础上,针对逆变器死区效应对轮毂电机控制性能的影响,对传统的死区补偿方案进行深入分析对比,并且提出了一种新型的死区补偿方法来抵消死区效应带来的影响。最后,搭建了基于死区补偿的车用PMSHM矢量控制仿真模型,仿真结果进一步验证该方法的高效性。其次,基于车用PMSHM的凸极性和对启动平顺性的要求,利用脉振高频电压注入(Pulse High Frequency Voltage Injection,PHFVI)算法来对低速时车用PMSHM转子位置进行估计。在所建立的高频激励信号下PMSHM数学模型基础上,对PHFVI算法原理进行了分析推导,并提出了一种负序电流信号提取方法和设计了一种位置跟踪观测器对包含转子位置信息的信号进行提取和估计。最后,加入所提死区补偿方法,搭建了基于新型死区补偿的车用PMSHM低速无位置传感器控制仿真模型,并通过仿真结果验证了所提估计算法的可行性,并进一步验证了死区效应在低速阶段对电机控制性能影响较大。然后,由于低速时转子位置估计算法在中高速阶段误差较大、动态性能较差等特点,采用基于电机的反电动势的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)法来实现车用PMSHM低速时转子位置的估计。针对卡尔曼滤波法,详细分析了离散型卡尔曼滤波原理和连续型方程的离散化,进一步提出了EKF算法,并对EKF算法的基本原理和计算流程进行详细的分析推导,并且建立了基于EKF算法的车用PMSHM无位置传感器控制系统模型。最后,加入所提死区补偿方法,搭建了基于新型死区补偿的车用PMSHM中高速无位置传感器控制仿真模型,并通过仿真结果验证了所提估计算法具有较高的转子位置估计精度,并进一步验证了死区效应在中高速阶段对电机控制性能的影响较小。最后,为了实现车用PMSHM在全速度范围内的无位置传感器控制,使得车用PMSHM从低速到中高速阶段过渡区间能够平滑切换,设计了一种加权切换方法。并搭建了加入新型死区补偿算法后的车用PMSHM全速度范围无位置传感器控制仿真模型,仿真结果表明该方法具有较好的转矩响应能力。
开关磁阻电机传动系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD)是近年来逐渐应用发展的一种新型机电一体化交流传动系统。因其结构简单坚固、性能可靠、调速性能好等优点,在众多领域有着广泛的发展前景。要想获得良好的电机控制性能...
详细信息
开关磁阻电机传动系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD)是近年来逐渐应用发展的一种新型机电一体化交流传动系统。因其结构简单坚固、性能可靠、调速性能好等优点,在众多领域有着广泛的发展前景。要想获得良好的电机控制性能,转子位置信息的准确获取是不可或缺的。传统的SRD是靠位置传感器获取转子位置信息的,它的存在不仅增加了系统的复杂性,而且极大的降低了系统的可靠性。因此如何实现开关磁阻电机无位置传感器控制成为当前重要的研究课题之一。本文首先对SRD的组成与传统电机控制策略进行分析,在此基础上重点研究了电流斩波双闭环控制结构,此外将在交流传动领域应用广泛的直接转矩控制应用在控制开关磁阻电机中,构成开关磁阻电机直接转矩控制系统,实现对瞬时转矩的直接控制,达到减小转矩脉动的目的。在matlab/sumilink环境中对两种控制结构建模仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性,直接转矩控制系统能够有效的抑制转矩脉动。为了实现无位置传感器控制系统,本文研究了简化磁链法和滑模观测器法。简化磁链法是根据获得实时磁链与预先存储的参考磁链进行比较,确定换相位置时刻,再利用换相时刻间隔的时间计算出转子的转速和角度位置信息。该方法在转速稳定后能够很好地对位置角度进行辨识,但在电机暂态调整的过程中对转子位置的估算精确度比较差。为此本文研究了基于直接转矩控制的滑模观测器法,通过构建二阶滑模观测器,利用电机反馈的电压、电流值对转子的转速和位置进行估算,仿真结果验证了两种估算方法的可行性。为了改善无位置控制系统的动态性能和鲁棒性,对比传统PI调节器设计了模糊PI调节器,仿真结果表明模糊PI能够使系统具有更强的鲁棒性。
近年来,直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)因其节能、噪音小、结构紧凑、寿命长等特点在电机应用领域得到广泛应用。但在很多电机应用领域中,大多采用有位置传感器的直流无刷电机或有刷电机。有位置传感器无刷电机...
详细信息
近年来,直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)因其节能、噪音小、结构紧凑、寿命长等特点在电机应用领域得到广泛应用。但在很多电机应用领域中,大多采用有位置传感器的直流无刷电机或有刷电机。有位置传感器无刷电机因位置传感器提高了应用成本,增加了电机故障率；而有刷电机需要定期维护,运行过程中存在很大电磁干扰,且效率较低。因此,使用无位置传感器直流无刷电机,对提高电机应用的效率、寿命和降低应用成本方面具有重要意义。基于此,本文主要设计实现了一个直流无刷电机无位置传感器控制系统。该控制系统基于STM32F051平台,并在传统的反电势过零法基础上做了两处改进：为了保证启动可靠,优化实现了一种“定位-二次加速”启动方法,此方法不需要设计复杂的加速曲线,对负载变化适应性强；为了实现高速运行,去掉滤波电容,使用九电阻法进行过零点检测,避免了高速运行时过零点相移对换向的影响。经过对本系统的分析和测试表明,本文设计的控制器启动过程平稳可靠,对磁极数大于4对的电机,观察不到抖动现象；支持的最高电气转速可达到210,000 rpm；具有恒速和恒流的控制功能；工作电压范围为9V-24 V,峰值电流20 A；具有过流及过温保护等功能：并已通过了2000小时的老化测试。本文设计的控制系统可直接满足手持吸尘器电机应用,并对航模、船模、风机、风扇等应用都有一定的实用价值。
暂无评论