永磁同步电机直接磁链控制技术研究

发布时间：2020-03-21 01:30

【摘要】：转子永磁同步电动机(PMSM)因体积小、功率密度高、驱动性能可靠成为交流传动领域的研究热点,与定子永磁型无刷电机相比,具有结构简单、控制容易的优点。在数字驱动系统中,磁场定向控制和直接转矩控制技术进一步提高了交流伺服电机的驱动性能。传统交流伺服驱动系统中转子位置信息和转速的获取通常采用位置传感器法。位置传感器多采用光电编码器、旋转变压器和磁编码器等,该类型编码器虽能获取高分辨转子位置信息,但因其成本高、体积大,制约了在低成本驱动系统和精密驱动领域的应用,且编码器繁多的接口线路更易引发位置传感器的故障问题。为解决位置传感器的性能限制,无位置传感器驱动技术成为该领域的研究重点和难点。本文正是基于此,提出一种永磁同步电机电机零速和低速无传感器控制方法。该无位置控制技术称为永磁同步电动机直接磁链控制(Direct Flux Control,DFC)。对于直接磁链控制方法,需要检测电机中性点和假想中性点之间的不同电压。利用这些电压值将磁链信号提取为电压信号,通过控制磁链信号来预估电转子的位置。DFC法是一种基于不对称特性和电机结构凸极性的连续激励方法。本文通过仿真和实验的方法对直接磁链控制方法的性能进行验证。仿真阶段主要采用MATLAB/simulink模块与S函数相结合的方式,在建立磁链观测器的基础上,建立基于转速、电流双闭环的永磁同步电动机无位置控制系统,验证所提无位置控制技术的合理性和有效性。最后,本文设计并搭建了基于DSP的永磁同步电机控制系统实验平台,即SPMSM和IPMSM实验平台,并完成了 DSP相关程序的设计与编写。测试平台采用TI公司的TMS320F2812型DSP数字信号处理芯片作为控制器,验证所提DFC对结构凸极(SPMSM)和结构非凸极电机(IPMSM)的通用性,实验结果与仿真结果一致,证明了所提方案的正确性与可行性。
【图文】：

框图,观测器,矢量,转子位置

改进型的转子位置、转速和加速度估计进行了详尽的叙述和分析。罗马大学的逡逑Ｆａｂｉｏ邋Ｇｉｕｌｉｉ邋Ｃａｐｐｏｎｉ首次将矢量追踪观测器用于霍尔传感器驱动的永磁同步电动机ｐｓ］，逡逑其控制框图如图１－２所示：逡逑向量逦￣邋－逡逑差乘逦”１邋＋逦．邋逦邋Ａ逡逑［Ｌ…．－－－．．．－－．．．（＾｜逦逡逑图１－２矢量追踪观测器法转子位置预估框图逡逑由图１－２可知，矢量追踪观测器分为三部分：霍尔信号偏差模块、控制器逡逑模块和带转矩前馈输入的机械运动系统模块。霍尔信号偏差模块将二维ａ卩空间逡逑静止坐标系内的霍尔信号与转子位置预估信号做差，见公式（１－１）。控制器则为逡逑比例－积分－微分环节。机械运动系统模块是依据电机的机械运动方程建立，在此逡逑基础上引入前馈转矩输入，，提高了系统的动态性能。矢量追踪观测器可以零速逡逑或低速时平稳启动，具有良好的稳态和动态性能。但观测器系统参数的设定以逡逑－３－逡逑

永磁无刷电机,性能方程,电压

电机模型以及磁场定向控制中颇为重要的电压电流调制技术一ＳＶＰＷＭ技术。逡逑２．１永磁无刷电机数学模型逡逑为简化分析，简化的永磁无刷电机如图２－１所示，图中三个霍尔位置传感逡逑器为＃、／／：、Ｎ和Ｓ分别代表转子磁极，０，．ｅ代表转子位置电角度，当前逡逑电机为逆时针旋转（ＣＣＷ）。逡逑ｂｓ－ａｘｉｓ逦Ｈｘ逡逑ｃｓ－ａｘｉｓ逦＼ｄ－ａｘｉｓ逡逑图２－１永磁无刷电机简图逡逑永磁无刷电机的电压性能方程［２９］为：逡逑＇邋ａｂｃｓ邋ｒｓ＾ａｂｃｓ邋＋邋＾＾ａｂｃｓ逦（２－１）逡逑其中，Ｊ为定子幢矢量ｖ，定逡逑子电流矢量／或是磁链矢量又。逡逑电机磁链方程为：逡逑入ａｂｃｓ邋＾邋ｓ＇ａｂｃｓ邋＋逦（２－２）逡逑式中，定子自感矩阵矣为：逡逑Ｌ！ｓ邋＋邋Ｌｍ邋－Ｑ．５Ｌｍ邋－０．５Ｌｍ逡逑４＝邋－０－５１，？邋Ｌｋ邋＋邋Ｌｍ邋－０．５Ｌｍ逡逑－０．５Ｌｍ逦－０．５Ｌｒａ逦Ｌｌｓ＋Ｌｍ＿逡逑其中，＆和分别表示电机定子漏感和励磁电感。逡逑－６－逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341

【参考文献】