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无位置传感器PMSM矢量控制系统的研究

无位置传感器PMSM矢量控制系统的研究

引用

作者：张绍同安徽理工大学

学位级别：硕士

三相永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性高、功率密度高等优点,被广泛应用于高性能控制系统中。永磁同步电机高性能控制时必须要有高精度的实时位置信息,但传统硬件传感器检测的方法存在工作场合受限、可靠性低、成本高等缺点。为了... 详细信息

三相永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性高、功率密度高等优点,被广泛应用于高性能控制系统中。永磁同步电机高性能控制时必须要有高精度的实时位置信息,但传统硬件传感器检测的方法存在工作场合受限、可靠性低、成本高等缺点。为了提高永磁同步电机控制系统的可靠性及扩大其应用场合,无位置传感器技术的研究已经成为一种趋势。首先,本文对永磁同步电机无位置传感器技术的研究现状进行了综述,确定了本文主要研究永磁同步电机在中高速、零低速工作状态下无位置传感器的控制技术。其次,分析了永磁同步电机的数学模型和矢量控制策略,并通过仿真验证了有位置传感器永磁同步电机矢量控制的有效性;在此基础上,分析了永磁同步电机在中高速和零低速的数学模型、滑模观测器法和和高频信号注入法的原理及存在的缺陷。进而,本文在中高速阶段采用饱和函数代替开关函数,解决了传统滑模带来的抖振问题;在零低速阶段解决高频信号注入法中运算量大的问题,并通过转子磁路的饱和效应技术,实现了跟踪转子磁极的目的。然后,在Matlab/Simulink的仿真环境下,搭建仿真模型,在中高速阶段,探究了滑模观测器法带来的抖振问题,并且通过仿真验证了该滑模观测器法估算转子位置和速度的精度更高,观测效果更好。在零低速阶段,通过仿真验证了脉振高频注入法能够改善了转子位置观测器的控制性能。最后,以TMS320F28335为主控芯片,对永磁同步电机无位置传感器的控制系统进行了软硬件设计。图[82]表[2]参[62]

关键词：永磁同步电机无位置传感器滑模观测器脉振高频电压 MATLAB

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无位置传感器无刷直流电机控制研究

无位置传感器无刷直流电机控制研究

引用

作者：丁铭中国科学院研究生院

学位级别：硕士

本文针对利用脉宽调制下降沿采样法采样、反电动势法确定换相时刻的算法研究分析，提出了一种三点PWM采样点确定反电动势过零点的算法，并通过DSP30F4012芯片软件控制电机运行加以实现，实验结果说明采用3个PWM采样点确定反电动势过零... 详细信息

本文针对利用脉宽调制下降沿采样法采样、反电动势法确定换相时刻的算法研究分析，提出了一种三点PWM采样点确定反电动势过零点的算法，并通过DSP30F4012芯片软件控制电机运行加以实现，实验结果说明采用3个PWM采样点确定反电动势过零点的方法比其他PWM点数确定过零点的方法在保证系统稳定运行条件下具有最宽的速度范围和最大的带载能力。同时得出另外的结论:在同等其他条件下，低速时采用PWM-ON-PWM调制方式因为效率最高所以具有优势;速度较高时ON-PWM调制方式更加具有可取性，因为此时ON-PWM调制方式带载能力远高于PWM-ON-PWM调制方式，而两者效率此时几乎一样。最后又实现了利用Altera公司EP1C3T100C8型号的低端FPGA芯片对直流无刷电机控制，通过修改一些简单的算法，避免了乘法，除法运算，大大减少了FPGA逻辑资源的消耗，并且最低转速能降低至100rpm远低于DSPIC30F4012芯片软件控制的580rpm(极对数时3的电机而言)。

关键词：直流无刷电机脉宽调制无位置传感器可编程逻辑器件

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无位置传感器永磁同步电机流频比控制研究

无位置传感器永磁同步电机流频比控制研究

引用

作者：卜超大连海事大学

学位级别：硕士

舰船电力推进系统因具有节约能源、节省舰船空间和提高舰船操纵性能等优点,成为舰船推进系统主要发展方向,其中舰船推进电机是舰船电力推进系统的核心部分,永磁同步电机凭借其效率高、功率密度大和动态响应快等优点,广泛应用于舰船推进... 详细信息

舰船电力推进系统因具有节约能源、节省舰船空间和提高舰船操纵性能等优点,成为舰船推进系统主要发展方向,其中舰船推进电机是舰船电力推进系统的核心部分,永磁同步电机凭借其效率高、功率密度大和动态响应快等优点,广泛应用于舰船推进电机中。永磁同步电机的高性能控制需要获得准确的转子位置,但舰船推进电机运行环境复杂,在恶劣工况下位置传感器的可靠性会降低。而无位置传感器控制具有减小体积,节约成本,提高系统可靠性,增强对运行环境适应能力等优点,因此具有重要的研究意义。本文以永磁同步电机为研究对象,对永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制方法进行研究。首先分析了永磁同步电机本体结构,建立了永磁同步电机数学模型,对目前常见的永磁同步电机无位置传感器控制方法进行对比分析,针对目前没有一种无位置传感器控制方法可以实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制,提出一种改进的I/f流频比控制策略以实现全速度范围无位置传感器控制。其次,针对I/f流频比控制下电机转速、转矩突变时系统稳定性差的问题,提出一种提高I/f流频比控制稳定性方法,该方法通过电机瞬时有功功率高频分量对电流矢量的频率进行补偿,增大了系统阻尼比,提高了控制系统的稳定性。再次,针对I/f流频比控制下电机运行效率低的问题,提出一种提高I/f流频比控制效率方法,该方法通过电机瞬时无功功率永磁磁链分量对电流矢量的幅值进行补偿,使电流矢量励磁分量为零,实现了id=0控制策略,有效提高了I/f流频比控制下电机运行效率。然后利用MATLAB/Simulink对永磁同步电机全速度范围无位置传感器I/f流频比控制策略进行仿真实验,验证了所提方法的可行性和有效性。最后,在硬件在环（Hardware-In-the-Loop）实时测试平台上搭建了永磁同步电机I/f流频比控制系统,对本文提出的全速度范围无位置传感器永磁同步电机I/f流频比控制策略进行实验验证。实验结果表明,本文提出的提高I/f流频比控制稳定性和效率方法,可以实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制,同时有效提高了系统稳定性和电机运行效率。

关键词：永磁同步电机无位置传感器 I/f流频比控制硬件在环

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无位置传感器BLDCM控制器的研发

无位置传感器BLDCM控制器的研发

引用

作者：余文涛东华理工大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的不断向前发展，无刷直流电机BLDCM（Brushless DirectCurrent Motor）的控制技术已经越来越成熟和可靠，BLDCM在许多工业领域已经得到了广泛的应用。BLDCM的优点是没有机械换相装置和控制比较简单，在电动汽车、伺服... 详细信息

随着电力电子技术的不断向前发展，无刷直流电机BLDCM（Brushless DirectCurrent Motor）的控制技术已经越来越成熟和可靠，BLDCM在许多工业领域已经得到了广泛的应用。BLDCM的优点是没有机械换相装置和控制比较简单，在电动汽车、伺服控制系统、井下作业动力装备等领域有非常大的应用前景。因此可以相信在未来的时间里，BLDCM将会在动能应用的相关领域里得到更大的发展。本文首先论述了BLDCM的发展历史、现在状况和未来的发展趋势。其次阐述了BLDCM的组成结构、工作原理、运行特性和数学模型。之后详细的分析了位置传感器的工作原理并详细介绍了应用于本文的基于反电势的转子位置检测方法。论文设计了一种由无位置传感器构成的BLDCM控制系统，它能驱动需要长时间运行的井下排气设备，有效排除传统的有刷电机机械换相带来的瓦斯爆炸的危险。无位置传感器控制技术的应用能让BLDCM的结构更加紧凑，设计更加简单，功能更加强大。根据项目的要求和特点，控制器采用瑞萨公司的单片机R8C/2L作为主控芯片。R8C/2L是电机驱动专用芯片，它在电机驱动方面具有先天性的优势，它使得整个控制器电路更加简洁，系统更加可靠，编程也更加方便。控制器电路的硬件部分按照其功能进行了具体的阐述。软件部分采用模块化的方法进行设计，编制出主要模块的流程图，在一些重要功能的实现上，给出了程序设计的基本方法。基于上述设计结果，研制出了BLDCM控制器并测试其性能，对测得的实验数据进行了分析。实验结果证明了该无位置传感器BLDCM控制器符合其基本控制理论，控制器系统设计正确，运行状态良好。

关键词：无刷直流电机无位置传感器反电动势单片机

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无位置传感器永磁同步电机双滑模控制系统研究

无位置传感器永磁同步电机双滑模控制系统研究

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作者：李家昌西安科技大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因为效率高、响应速度快、能耗低等优点,所以在日常生活中的各个方面得到广泛应用。同时作为一个多变量、非线性、强耦合的机电系统,对控制系统也提出了更高的要求。由传感器或编码器准确的获取转子位置是大多数永磁同步电... 详细信息

永磁同步电机因为效率高、响应速度快、能耗低等优点,所以在日常生活中的各个方面得到广泛应用。同时作为一个多变量、非线性、强耦合的机电系统,对控制系统也提出了更高的要求。由传感器或编码器准确的获取转子位置是大多数永磁同步电机的控制前提,但复杂多变的应用环境对传感器的可靠性带来了严峻的考验。因此,为避免因传感器故障而影响控制系统性能,研究无位置传感器控制技术来提高控制系统稳定性具有十分重要的意义。本文对永磁同步电机的工作原理以及数学模型进行分析,对基于PI控制器的转速电流双团环电机空间矢量控制系统进行原理说明和公式推导,在Simulink环境下搭建永磁同步电机控制系统并进行仿真分析。滑模变结构控制在状态变量抵达滑模面时,能大幅提高控制系统的鲁棒性,且因其部连续特性,对控制对象受扰引起的参数变化也具有一定的抑制能力。本文引用传统的滑模规测器来代替传感器观测电机转子的位置和转速,设计了线性滑模面以及指数趋近律代替PI控制器做双闭环调速系统的转速控制器,将滑模观测器和滑模控制器进行结合,实现无位置传感器永磁同步电机的双滑模控制,针对传统控制器在受到外界扰动超调量大、调节时间长等问题,本文设计了非奇异快速终端滑模面,以及依据系统状态所在空间位置和滑模面的空间位置关系进行自动调整的自适应因子,并结合系统状态变量的幂函数构建新型趋近律函数:针对滑模控制中固有的抖振问题和传统滑模控制方式下检测精度较低的问题,结合tanh(x)饱和函数,设计了基于锁相环的自适应滑模观测器观测转子角度。构建Lyapunov函数,通过Simulink搭建仿真模型进行对比验证,结果表明改进方法可行,具有更好的稳定性。最后针对所提方法搭建硬件实验平台进行验证,通过分析实验结果,验证所提方法的正确性。

关键词：永磁同步电机非奇异快速终端滑模无位置传感器锁相环自适应因子

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无位置传感器无刷直流电机智能控制器研究与设计

无位置传感器无刷直流电机智能控制器研究与设计

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作者：翟侠河海大学

学位级别：硕士

本文以基于80C196KC单片机的无位置传感器无刷直流电机智能控制器设计与实现为主题,着重探讨无刷直流电机无传感器转子位置检测技术及智能控制技术。本文建立了基于Simulink/PowerSystem的无位置传感器无刷直流电机调速系统整体仿... 详细信息

本文以基于80C196KC单片机的无位置传感器无刷直流电机智能控制器设计与实现为主题,着重探讨无刷直流电机无传感器转子位置检测技术及智能控制技术。本文建立了基于Simulink/PowerSystem的无位置传感器无刷直流电机调速系统整体仿真模型,对反电动势过零检测法进行了仿真研究。为提高无刷直流电机调速系统的性能,本文将模糊控制与PID控制有机结合,构成模糊自适应PID控制器,以克服常规PID控制的局限性,仿真结果表明模糊自适应PID控制器优于常规PID控制器。在仿真研究的基础上,本文采用模糊自适应PID控制算法,进行了无位置传感器无刷直流电机直接数字控制系统的软硬件设计,并对实验结果进行了分析。

关键词：无刷直流电机无位置传感器模糊控制直接数字控制

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无位置传感器无刷直流电机驱动系统研究

无位置传感器无刷直流电机驱动系统研究

引用

作者：江善林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文着重研究了无位置传感器稀土永磁无刷直流电动机(BLDCM)控制系统。在全面分析研究了无位置传感器无刷直流电动机工作原理和运行方式的基础上，细致阐述了反电势过零检测、相位判断、相位补偿以及消除反电势信号干扰的原理及实现方... 详细信息

本文着重研究了无位置传感器稀土永磁无刷直流电动机(BLDCM)控制系统。在全面分析研究了无位置传感器无刷直流电动机工作原理和运行方式的基础上，细致阐述了反电势过零检测、相位判断、相位补偿以及消除反电势信号干扰的原理及实现方法。系统采用Microchip公司生产的高性能单片机PIC16F873A作为微处理器，方便的实现了A/D转换(10位)、电机转子位置信号相位检测与补偿以及系统的速度控制。系统采用的是“三段式”起动方式，加速过程是通过软件升频升压方式实现的。系统采用软件滤波的方法有效地解决了反电势过零信号干扰问题。整套系统采用结构更加合理的软件实现了大部分功能。实验结果表明，该BLDCM控制系统设计合理，工作可靠，电机起动稳定，调速平滑，带载能力好。

关键词：无刷直流电机无位置传感器反电势相位补偿

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无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统的研究

无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统的研究

引用

作者：王强山东大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机因其结构简单、功率密度高、运行可靠、便于维护等诸多优点,被广泛应用于现代高性能的交流调速系统中。高精度的永磁同步电动机控制系统依赖转子永磁体的实时位置信息,无位置传感器控制技术具备提高系统可靠性、降低系统... 详细信息

永磁同步电动机因其结构简单、功率密度高、运行可靠、便于维护等诸多优点,被广泛应用于现代高性能的交流调速系统中。高精度的永磁同步电动机控制系统依赖转子永磁体的实时位置信息,无位置传感器控制技术具备提高系统可靠性、降低系统成本等显著优势,具有重要的研究价值。在研读国内外大量文献基础上,综述永磁同步电动机控制系统与无位置传感器控制技术的分类与发展趋势。以三相静止坐标系下建立的永磁同步电动机数学模型为基础,通过坐标变换与转子磁链定向,推导了dq0坐标系下的数学模型并建立了永磁同步电动机id=0矢量控制系统,并对该控制系统的简化数学模型、基本理论与实现方式做了详细阐述。以滑模变结构基本理论为基础,推导了永磁同步电动机在αβ0坐标系下的数学模型,论述了传统滑模观测器的设计方法并指出其不足与局限,进而从抗饱和函数代替符号函数、建立反电动势观测器、采用锁相环位置跟踪算法三个方面对传统的滑模观测器进行改进,并结合起动与切换过程中出现的转速降落、电流振荡等问题,提出变参数起动切换策略。在Matlab环境下建立无位置传感器永磁同步电动机id=0矢量控制系统仿真模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,改进的滑模观测器能显著降低系统抖振,同时,通过配置合理的调节器参数,整个控制系统在高速条件下具有良好的动态调速性能与负载抗冲击能力。最终以DSP系列中TMS320F28335为主控芯片研制控制器,详细介绍了控制器主要的硬件设计原理与软件程序结构,并以该控制器为核心,在实验平台上进行了中低速的实验验证。通过先后进行起动实验、滑模观测器实验、稳态实验负载冲击实验以及动态调速实验,并对实验结果做详细分析。实验结果表明,电机起动可靠、改进的观测器估算位置信息准确、调速性能优良、抗负载冲击能力强,验证所提出的无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统的有效性与可行性。

关键词：永磁同步电动机无位置传感器矢量控制滑模观测器 DSP

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无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法的研究

无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法的研究

引用

作者：马新中国科学院电工研究所

学位级别：硕士

在无刷直流电机控制中，转子位置的检测至关重要。传统的无刷直流电机使用位置传感器检测转子位置，但是由于位置传感器带来的弊端日益明显，因此无位置传感器无刷直流电机控制方法被提出，并且国内外研究人员对此进行了详细、深入的研... 详细信息

在无刷直流电机控制中，转子位置的检测至关重要。传统的无刷直流电机使用位置传感器检测转子位置，但是由于位置传感器带来的弊端日益明显，因此无位置传感器无刷直流电机控制方法被提出，并且国内外研究人员对此进行了详细、深入的研究。本论文围绕无位置传感器无刷直流电机中的转子位置检测方法进行了相关的研究和探讨。\n 首先，论文分析了无刷直流电机的基本结构和运行原理，构建了无刷直流电机的动态数学模型，为后续研究奠定了理论基础。\n 其次，论文对应用比较成熟的反电势过零检测法进行了研究，深入分析了它的基本原理和已有方法。针对直接反电势过零检测法无法满足高占空比控制和需要复杂的模拟比较电路等不足，详细分析了改进的直接反电势过零检测法的原理以及实现方法。该方法易于数字化方式实现。\n 针对目前反电势过零检测法存在复杂的移相电路、多阶滤波器和误差补偿等问题，在分析绕组平均端电压的基础上，论文研究了通过绕组平均线电压获取转子位置信息的方法并进行了详细的理论推导。该方法不需要检测绕组反电势和构建绕组中性点，从而省略了复杂的移相电路和移相逻辑，简化了系统的设计。论文通过实验平台验证了该方法的可行性和正确性。\n 最后，论文对扩展卡尔曼滤波算法在无刷直流电机转子速度和位置估计中的应用进行了研究，该方法可以连续的估计转子转度和位置。论文利用Matlab/Simulink对无刷直流电机控制系统的各个功能模块进行了仿真建模，对该估计算法进行仿真分析。仿真结果表明：转速和位置角估计波形符合理论分析。

关键词：无刷直流电机无位置传感器转子位置反电势过零检测平均线电压

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无位置传感器无刷直流电动机控制技术研究

无位置传感器无刷直流电动机控制技术研究

引用

作者：陈宝上海交通大学

学位级别：硕士

无刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在许多领域已得到了广泛应用。在无刷直流电动机的驱动控制中，转子的位... 详细信息

无刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在许多领域已得到了广泛应用。在无刷直流电动机的驱动控制中，转子的位置信号是不可缺少的关键环节，传统的无刷直流电动机是通过检测机械式位置传感器来获取转子位置信号，即有（机械式）位置传感器方式，但当电机尺寸小到一定程度或不方便安装机械式位置传感器时，使用位置传感器的弊病就比较明显，于是文章提出了不通过安装机械式位置传感器直接检测电机转子的位置信号，而是通过间接检测电机的磁链、电流和电压等物理量得到转子位置信号的方式，即为无机械式位置传感器方式，通常简称为无位置传感器方式。采用无位置传感器控制技术之后，不但克服了机械式位置传感器的诸多弊病，也拓宽了无刷直流电动机的应用场合和应用前景。\n 本文综述了无刷直流电动机的起源、发展和现状，概述了采用无位置传感器的无刷直流电动机控制技术的一般问题。结合ML4425无位置传感器的无刷电动机驱动芯片进行了理论分析研究和实践产品开发，就研究开发过程中遇到的一些问题进行较为全面的研究和讨论。\n 1、文章从理论上介绍了几种无位置传感器的电动机转子位置检测方法，就反电势过零点法和反电势3次谐波法进行了详细分析，并综合比较几种常用转子位置检测方法的特性。\n 2、由于在实际应用中，无位置传感器的无刷直流电动机采用反电势过零法检测电机转子的位置信号，而反电势过零法在电机轻载或低速运行时是无法正常工作的，因此为了使无刷直流电机能够正常地起动必须以靠其他方法，文章结合ML4425芯片中的换向控制和起动控制，提出了一种新的起动方法，并对无位置传感器无刷直流电机的起动过程进行研究分析。\n 3、分析了电枢反应对电动机反电势的影响，及由此对转子位置检测产生的误差，并提出了减小该误差的方法。\n 4、通过ML4425芯片构成了永磁无刷直流电动机的无位置传感器驱动控制器，并详细介绍了一些相关功能，如换向控制、限流保护、反电势采样、压控晶振VCO、锁相环、PWM速度控制等，实现了永磁无刷直流电动机的无位置传感器控制。\n 综上，通过毕业设计，采用ML4425芯片构成永磁无刷直流电动机的无位置传感器驱动控制，不但控制系统简单可靠，而且无刷直流电动机起动平稳、线性度好，基本解决了无刷直流电动机无位置传感器的驱动控制，对于风扇无刷电机、计算机CPU无刷风机、光盘驱动器无刷电机等负载起动转矩较小、稳速驱动的工程领域有较好的推广价值。同时，由于时间和条件的限制，对于控制系统复杂、起动转矩较大、负载大小频繁变化的无刷直流电动机控制场合仍具有一定的局限性，需要进一步加以深入研究。

关键词：无位置传感器无刷直流电机电枢反应位置检测 PWM控制方式电子换向器

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