电梯驱动用PMSM无位置传感器控制技术的研究

发布时间：2020-05-28 11:23

【摘要】：随着永磁同步电机(PMSM)控制技术的迅猛发展以及观光电梯的广泛使用,永磁同步电动机越来越多的应用于电梯系统。为了使其拥有优良的控制性能,机械式位置传感器通常就会被用于检测转子位置和转速信息,但在实际使用之中,位置传感器难以维护且可靠性很低。为了克服机械式传感器本身的劣势以获得更好的操控效果,需要对电梯驱动用永磁同步电机无位置传感器进行调控。因电梯控制系统的高成本及其高繁琐程度,本课题讨论了电梯的永磁同步电机无位置传感器控制策略,主要讨论的是基于旋转高频电压信号注入法的永磁同步电机无位置传感器控制策略。此次使用的是内置式永磁同步电机,所做的内容如下。本文开始的部分主要论述的是无位置传感器控制方法并分成了中高速和低速段各自使用的方法,搭建出在不同坐标系之下的永磁同步电机的数学模型,采取了矢量控制方法来对电梯进行控制。其次,核心内容是氋频信号注入法的基本理论。在低速域中使用高频电压注入方法,并且通过使用估计的同步旋转坐标系的高频电流分量来引入位置的自适应调整,依据所用方法的机理进行了转子位置检测并据磁路饱和的理论设计了转子位置观测器,改进了信号解调模块,并对最后结果进行仿真分析。当处于中速或者在高速的时候使用了滑模观测器并描述了其设计和滑模变结构的理论。使用其中的一种方法无法对全速段精确操控因而需通过加权函数将两种方法结合,使得两种方法之间可以更为平滑的过渡,达到对转子位置与转速的操控。最后,在MATLAB中对滑模观测器和复合控制进行仿真对比分析,通过最后的波形可以看出在两种方法的过渡区间里没有很大的波动,呈现平稳状态,以此可以得出使用复合的方法可以提高对电机准确的控制与跟踪性能。通过仿真实验曲线得出本文研究的电梯无位置传感器调控方法能够达到对电梯的良好操控,具有较好的参考价值。图[87]表[8]参[63]
【图文】：

原理图,模型参考自适应法,原理图

图 2 模型参考自适应法原理图Fig.2 Schematic diagram of model reference adaptive method3. 基于状态观测器的位置估算方法状态观测器的本质是重新组建控制系统的状态变量，将原来系统中可直接测量的量当做现今构造系统的输入，使得组建的新系统的输出在某些条件下相当于原系统输出，而重新构建的系统称之为观测器。在观测器的基础上完成的估计状态模型有许多优异之处：在动态的环境下依然具有着高测量精度，系统参数的稳定度也很高。然而还是有一些不足之处，最显而易见的就是电机启动或者以较低速度运行时使用这种方法达不到想要的效果。目前已知的方法是滑模与卡尔曼观测器方法，并对其优异和不足处进行分析[19]。20 世纪 60 年代出生于美国的学者 R.E.Kalman 提出了卡尔曼（Kalman）滤波最优线性估计的方法，当处于非线性的领域中又发展出了扩展卡尔曼滤波（EKF）。使用此种方法时需考虑到高斯噪声的影响，且其计算量颇大，当中又使用了及其复杂的矩阵计算，因而不经常使用。此种方法可以在不离线的状态下跟踪出位置

示意图,转子结构,形式,示意图

在乘坐过程的舒适度且此系统可以决定电梯在使用中的质量问题。三相 PMSM 是目前使用次数较多、最具成本效益的电梯曳引机主机，普遍被用于数字处理下的矢量控制系统。因而现今对 PMSM 与矢量控制的探讨主要为了克服技术缺陷使得电梯在使用过程中参数最合适、运行在最适合状态、乘客的反馈最佳，这是这一领域研究的主要问题。PMSM 由电励磁的同步电机逐渐演变而来的，其差异之处在于电励磁被永磁体替换。PMSM 的定子构成和三相电机大概是一样的。用于控制的 PMSM 的特点之一是必须要有正弦形状的磁场[25]。PMSM 分为定子和转子两部分。定子是由两部分组成的，分别为彼此间间隔120°的绕组、铁芯，永磁材料拥有以下优异之处：拥有的高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积可以提高电机的效率和性能。PMSM 可依据电机内部永磁体与电机的相对位置划分，分别是：永磁体在电机表面的表贴式、永磁体在电机内部的内嵌式与内埋式。其组成的结构如图 3 所示。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341

【参考文献】