永磁同步电动机无位置传感器控制技术的研究

发布时间：2018-10-08 06:40

【摘要】：随着电力电子技术在控制系统上应用的成熟、普及,永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)在各行各业中都扮演着重要角色。相比于直流电动机,永磁同步电动机省去了电刷和换向器,结构简单,运行安全可靠;相比于异步电动机,永磁同步电动机用永磁体产生磁场,转子上没有励磁绕组,电机损耗低、效率高和功率因数高。正因为永磁同步电动机的诸多优点,它依旧是我国“十三五”规划期间的主流趋势,在新能源汽车领域、轨道交通领域、电梯领域、医疗机械领域、家电行业和船舶电力推进领域都应用广泛,它与电力电子驱动技术和微电子控制技术相结合,可以实现电机的高精度控制,是未来电动机发展的主要方向。为了实现对永磁同步电动机转速、转矩的精确控制,高品质的位置/速度传感器是闭环控制系统中不可或缺的组成部分。但由于位置/速度传感器的存在,不仅增加了系统的复杂程度和成本,而且降低了系统的鲁棒性。为避免位置/速度传感器带来的一系列问题,可以采用无位置/速度传感器的转速辨识方法代替位置/速度传感器获得转速信息,因此,永磁同步电动机无位置/速度传感器控制技术的研究已成为当前的研究重点。本文就这一问题展开研究,完成的研究内容如下:1、对永磁同步电动机的矢量控制系统进行了深入研究,修改完善了实验室已有的永磁同步电机矢量控制程序,改善了电机的起动性能,扩大了电机的调速范围,进一步充实了实验结果。2、分析了模型参考自适应算法(Model Reference Adaptive System,MRAS)的基本工作原理,推导了基于该算法的转速辨识表达式,实现了无位置/速度传感器的控制策略。并在MATLAB/Simulink下建立了该控制系统的模型,对不同运行状态下的电机转速进行了辨识,辨识结果验证了基于MRAS转速辨识算法的可行性与准确性。3、对推导所得转速辨识表达式进行了简化,得到了改进的基于MRAS的转速辨识表达式,并通过仿真实验,分析了该转速辨识算法的优缺点。4、在采用梯度下降法的电压闭环弱磁调速基础上,将基于模型参考自适应的转速辨识表达式应用于电机的弱磁区域,通过仿真实验,验证了转速辨识算法在弱磁区域下的可行性。5、进一步完善了实验室已有的实验平台。在电机矢量控制程序之上,编写了转速辨识算法的相关程序,实现了无位置/速度传感器的控制策略,并在搭建的实验平台上完成了实验,实验结果验证了所设计的基于模型参考自适应的转速估算方法的正确性。
[Abstract]:With the maturity and popularity of power electronics technology in control system, permanent magnet synchronous motor (Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM) plays an important role in various industries. Compared with DC motor, permanent magnet synchronous motor (PMSM) saves brush and commutator. It is simple in structure and safe in operation. Compared with asynchronous motor, PMSM uses permanent magnet to produce magnetic field, and there are no excitation windings on the rotor. Low motor loss, high efficiency and high power factor. It is precisely because of the many advantages of PMSM that it is still the mainstream trend during the 13th Five-Year Plan period in China, in the fields of new energy vehicles, rail transit, elevators, medical machinery, Home appliance industry and marine electric propulsion field are widely used. It can realize high precision control of electric motor by combining with power electronic driving technology and microelectronic control technology. It is the main direction of motor development in the future. In order to accurately control the speed and torque of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the high quality position / speed sensor is an indispensable part of the closed-loop control system. However, the presence of position / velocity sensors not only increases the complexity and cost of the system, but also reduces the robustness of the system. In order to avoid a series of problems caused by the position / velocity sensor, the speed identification method without position / velocity sensor can be used instead of the position / speed sensor to obtain speed information. The research on the sensorless control technology of permanent magnet synchronous motor (PMSM) has become the focus. This paper studies this problem. The contents of the research are as follows: 1. The vector control system of PMSM is deeply studied, and the existing vector control program of PMSM in the laboratory is modified and perfected. The starting performance of the motor is improved, the speed range of the motor is enlarged, and the experimental results are further enriched. The basic working principle of the model reference adaptive algorithm (Model Reference Adaptive System,MRAS) is analyzed, and the speed identification expression based on the algorithm is derived. The control strategy without position / velocity sensor is realized. The model of the control system is established under MATLAB/Simulink, and the speed of the motor in different running states is identified. The identification results verify the feasibility and accuracy of the speed identification algorithm based on MRAS. The derived speed identification expression is simplified and an improved speed identification expression based on MRAS is obtained. The merits and demerits of the speed identification algorithm are analyzed. On the basis of the voltage closed-loop weak magnetic speed regulation using gradient descent method, the speed identification expression based on model reference adaptive speed identification is applied to the weak magnetic field of the motor, and the simulation experiment is carried out. The feasibility of the speed identification algorithm in the weak magnetic field is verified. 5. The experimental platform of the laboratory is further improved. Based on the vector control program of motor, the relative program of speed identification algorithm is written to realize the control strategy without position / speed sensor, and the experiment is completed on the experimental platform. The experimental results verify the correctness of the proposed method based on model reference adaptive speed estimation.
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM341

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张伯泽;阮毅;;基于MRAS内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究[J];电机与控制应用;2016年04期

2 禹继贤;颜钢锋;张斌;;基于MRAS的永磁同步电机无传感器控制[J];机电工程;2015年09期

3 方晓春;胡太元;林飞;杨中平;;基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制[J];电工技术学报;2015年02期

4 张成;王心坚;宋国辉;孙泽昌;;PMSM最大转矩电流比全速控制策略及其仿真[J];微特电机;2013年01期

5 王子辉;叶云岳;;反电势算法的永磁同步电机无位置传感器自启动过程[J];电机与控制学报;2011年10期

6 王高林;杨荣峰;于泳;徐殿国;;内置式永磁同步电机无位置传感器控制[J];中国电机工程学报;2010年30期

7 盛义发;喻寿益;桂卫华;洪镇南;;轨道车辆用永磁同步电机系统弱磁控制策略[J];中国电机工程学报;2010年09期

8 孙凯;黄立培;;永磁同步电机-空调压缩机系统的无传感器过调制控制[J];清华大学学报(自然科学版);2010年01期

9 康伟;路秀芬;詹哲军;;基于ADS8365的高速同步数据采集系统[J];电脑开发与应用;2009年04期

10 吴芳;黄声华;万山明;;永磁同步电机无位置传感器控制技术发展与研究[J];微电机;2008年07期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李波;基于扩展卡尔曼滤波的无位置传感器PMSM系统研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 秦峰;基于电力电子系统集成概念的PMSM无传感器控制研究[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 范晓坤;永磁同步电动机变频控制系统硬件设计及弱磁调速[D];太原理工大学;2016年

2 谢迎新;基于MRAS的无速度传感器永磁同步电机控制技术研究[D];沈阳工业大学;2016年

3 李向伟;基于模型参考自适应的PMSM控制方法研究[D];天津大学;2012年

4 张宏川;基于TMS320F2812的能量回馈器的研究与实现[D];太原理工大学;2012年

5 陈义衡;无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究[D];太原理工大学;2012年

6 徐涛;永磁同步电动机矢量控制及弱磁方法的研究[D];太原理工大学;2012年

7 丁强;永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制策略研究[D];中南大学;2010年

8 赵泽生;基于DSP的通用变频器研究[D];太原理工大学;2007年

9 齐放;永磁同步电机无速度传感器技术的研究[D];南京航空航天大学;2007年

10 曹建文;基于TMS320LF2407A数字化交流调速实验平台的研究[D];太原理工大学;2006年

，

本文编号：2255804