由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有很高的效率,同时具有高功率密度、低惯性的特点,被广泛用于多种应用领域。传统PMSM控制方法要求获得转子位置信息,然而为了达到准确地控制,采用位置传感器增加了成本以及系统复杂度和可靠性的问题。因此,在PMSM控制领域研究出无位置传感器的新型控制方法正在受到关注。本文以内嵌式永磁同步电机作为研究对象,针对零低速段,从改善系统的动态性能和稳态精度两个方面,对无位置控制技术做了深入的研究。首先对PMSM基本原理以及传统位置传感器矢量控制策略进行阐述,仿真结果也证明了永磁同步电机矢量控制策略在带位置传感器情况下的有效性。本文对内嵌式永磁同步电机的高频数学模型进行了深入探讨,并详细阐述了旋转高频电压信号注入法的基本原理以及其存在的缺陷。该方案限于滤波器的大量采用,转子位置信息的提取存在较大的干扰以及其他因素的影响,因而使转子位置的估计不准确而影响了对电机的控制。对此,利用改进无滤波器高频方波电压注入方法,解决常规高频信号注入法运算量较大的问题、相位延时问题。其次,利用改进的方波电压脉冲注入法对转子的初始位置角进行检测。最后对逆变器中影响位置估计精度的非线性因素进行了研究并提出了补偿方法。为增强PMSM控制系统控制特性,本文通过使用一种以模糊滑模为基础的速度控制方法取代了传统PI控制。转速环采用模糊滑模变结构控制器优化设计。为得到模糊滑模控制器参数最优解,本文中提出了一种改进的樽海鞘算法(Salp Swarm Algorithm,SSA),并将其作用于模糊滑模控制器,以时间和绝对误差积分(Integral of Time and Absolute Error,ITAE)为优化规则,确定了模糊滑模控制器参数最优解。最后建立了一个基于dSPACE的半实物实验平台,通过软硬件设计,无滤波器的高频方波电压注入方法通过实验得到验证。验证改进模糊滑模控制算法与传统PI控制算法比较,结果表明电机起动过程中超调量非常小,并且在正常行情况下具有较好的鲁棒性。
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