永磁同步电机全转速范围无位置传感器控制技术研究

发布时间：2020-06-15 20:25

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)以其体积小、功率密度大和效率高等优势,在电气传动和伺服系统中得到广泛应用。目前,PMSM无位置传感器算法主要划分为两类,一类适用于零低速,依靠电机的凸极特性来实现;另一类适用于中、高速,依靠电机的基频模型来实现。但受各自机理的限制,每种单一无位置算法很难满足电机从静止到额定转速的运行需求。因此,本文设计了脉振高频电压注入法与滑模观测器法相结合的复合算法,以实现PMSM额定转速内的无位置传感器控制,主要工作内容如下:在i_d=0的控制策略基础上,研究滑模观测器法用于PMSM的中、高速运行。针对传统滑模观测器存在的抖振和低速问题,设计了自适应反馈增益滑模观测器,通过将估计反电动势的反馈值引入电流观测方程,并合理设计自适应率,使滑模观测器的等效控制量不再受转速影响,而等于转子永磁体磁链和所选控制参数的比值。通过选取合适的控制参数,可以获得更好的低速性能,同时也方便了滑模增益系数的设计,避免增益系数取值过大带来低速抖振严重的问题,并通过仿真和实验验证了所提改进方法的有效性。针对滑模观测器法在零低速时会失效的问题,研究了脉振高频电压注入法以实现电机零速起动至低速运行。分析了传统脉振高频电压注入法存在的问题,分别对滤波环节、载波信号恢复环节进行了改进。为了补偿数字控制系统固有延迟造成的估计角度误差,采取一种基于电流预测法的补偿措施。最后通过仿真和实验验证预测电流控制方法对角度补偿的有效性。复合算法的关键在于选定转速切换区间并采取合适的切换方法。对切换区间的选取依据进行了分析,通过实验获得最佳的转速切换区间。采用加权算法计算切换区间的位置和速度,避免了两种算法过渡时出现位置和转速跳变的情况。最终通过实验,验证所研究的复合算法能够实现PMSM由静止至额定转速的全速范围无位置传感器控制。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341
【图文】：

永磁同步电机,转子结构,内嵌式

永磁同步电机的转子磁极结构随永磁材料性能的不同和应用领域的差异而具逡逑有多种方案。按照永磁体的分布位置分为以下三种：表贴式、内嵌式和内置式，结逡逑构币意图如图１－１所不。逡逑（ａ）表贴式逦（ｂ）内嵌式逦（ｃ）内置式逡逑图１－１永磁同步电机转子结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋ｍｏｔｏｒ邋ｒｏｔｏｒ逡逑图１－１⑷为表贴式永磁同步电机（Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｍｏｕｎｔｅｄ邋Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ逡逑Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，邋ＳＰＭＳＭ），由于永磁材料的相对回复磁导率十分接近于１，其逡逑交、直轴电感相同，且与转子位置无关，所以表贴式永磁同步电机属于隐极电机，逡逑这种结构的永磁磁极易于实现最优化设计，电机气隙磁密正弦度较高，并因其结构逡逑简单、价格便宜而被广泛应用在中低速、小功率场合（洗衣机、空调压缩机）。图１－逡逑１（ｂ）为内嵌式永磁同步电机（Ｉｎｓｅｔ邋Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋Ｓｙｓｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，ＩＰＭＳＭ），逡逑２逡逑

示意图,永磁同步电机,绕组,示意图

数学模型逡逑的ＰＭＳＭ交、直轴电感不同，进而在建立数学模先建立ＩＰＭＳＭ的数学模型，对于ＳＰＭＳＭ定子电数学模型可以看作ＩＰＭＳＭ的特殊情况和简化。ＰＭ变量的复杂系统Ｉ６２】，为方便分析，建立ＰＭＳＭ数设［６３］：逡逑心饱和的影响，磁路可看作是线性的；逡逑组三相对称，转子上没有阻尼绕组；逡逑滞和涡流损耗；逡逑磁体在气隙中产生的磁场呈正弦分布；逡逑的阻值、电感都是恒定的，且＝邋＝札＝凡，逡逑机的绕组示意图如图２－１所示，ＯＡ、ＯＢ、ＯＣ为的参考线，建立ＡＢＣ三相静止坐标系。设定转子轴线的电气角度为０，角位移或角速度的正方向

【参考文献】