全速度范围内PMSM无传感器转子位置估算研究

发布时间：2019-09-27 19:33

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)以其结构简单、功率密度高、损耗小等显著特点广泛应用于新能源汽车、机车牵引等各个领域。常用的电机控制策略有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制。由于矢量控制理论比较完善,能使电机具有较宽的调速范围、较好的制动性能和过载性能,因此常用于永磁同步电机控制系统中。普通永磁同步电机控制系统大多采用高精度、高分辨率的传感器来获取转子位置和转速信息。但其环境适应能力差,可维护性差,限制了电机的运行环境。因此,本文以电动汽车永磁同步电机为基础,研究其无传感器控制系统。首先介绍了新能源汽车的发展概况和国内外现状,论述永磁同步电机基本结构、工作原理和常用的控制方法,在此基础上分析了永磁同步电机无传感器矢量控制研究的必要性。分析滑模观测器和扩展卡尔曼滤波器两种无位置传感器控制方法,并对其不足之处进行改进。针对传统滑模观测器易产生抖振的问题,设计基于新型控制函数的滑模观测器,用反曲函数代替饱和函数,以此提高高速运行阶段系统的鲁棒性,有效抑制了抖振现象;针对扩展卡尔曼滤波器运算量大的问题,设计降阶扩展卡尔曼滤波器,并且加入衰减因子,防止系统的发散现象。利用Matlab/Simulink仿真平台搭建系统模型,分析验证了新型滑模观测器在高速运行时具有良好的稳态性能和鲁棒性,以及改进扩展卡尔曼滤波器方法在全速度范围内运行的可行性以及检测转子位置的准确性。
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第 1 章绪论课题的研究背景及意义汽车行业的兴起与发展，不仅使我国经济得到快速提升，更给人们创造了的生活条件，但与此同时也引发了交通、能源、环境等诸多方面的问题。汽车排放的尾气不但引起温室效应，导致全球气候变暖，而且使我国多数.5 污染日益加重，危害人们身体健康。因此，为发展绿色经济，减少碳排考虑汽车的动力来源问题。就目前而言，大力发展新能源汽车，尤其是电迫在眉睫。我国已将新能源汽车产业提升为国家战略性新兴产业层面上来定了我国的新能源汽车行业将有广阔的前景[1]。以美国、德国和中国等国政府提出了一系列新能源汽车扶持政策，包括通用、大众、丰田、本田、特斯拉、上汽等品牌在内的著名车企都开始大规模推出新能源车型。另外统意义上的造车企业，如谷歌、百度、乐视等都已经开始布局自己的新能业，例如蔚来汽车生产的新能源汽车如图 1-1 所示。

电动汽车,底盘,电机

图 1-2 电机在电动汽车底盘布局目前，电动车驱动电机分为直流电机和交流电机两种，主要包括无刷直流电DC）、感应电机（IM）、永磁同步电机（PMSM）开关磁阻电机（SRM）。综素考虑，永磁同步电机（PMSM）的转子磁钢由高性能永磁体材料制成，，去电环和电刷等转动接触部件，具有体积小、结构简单、噪声低、维护方便、靠等优点[5]；此外 PMSM 无需无功励磁，避免了交流电势的谐波分量，在降损耗的同时很大程度上增加了电动机的工作效率和功率密度。鉴于永磁同步有以上多种优势，目前电动汽车行业多以 PMSM 作为动力来源。永磁同步电机以其诸多优点应用在许多科学及工业领域，包括风力发电领域推进技术领域，航空航天领域等[6]。永磁同步电机应用范围十分广泛，各领域制系统的性能要求逐渐的严格化，要实现 PMSM 调速系统的高精度控制，需测量其速度和转子位置信息。目前主要采用位置传感器检测转子的位置角度周期性的测量转子位置信息，实时控制电机。位置传感器的使用为电机的速带来了一定的帮助。但常用的传感器，包括光电编码器和旋转变压器在内，应能力差，且不易维修，不仅增加了 PMSM 控制系统的成本，而且限制了 PMS
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM341

【参考文献】