双三相永磁同步电机无位置传感器控制研究

发布时间：2020-07-27 20:57

【摘要】：随着现代控制理论和电力电子技术的进步,交流传动系统的大功率化已然成为发展趋势。而多相电机由于其高功率密度、高可靠性的特点,能很好地满足大功率高可靠性交流传动系统的要求。本文借鉴了传统三相电机的一些研究方法,选择了与传统三相电机较为相近的双三相电机进行研究。首先介绍了双三相永磁同步电机(PMSM)的应用场合、数学建模和控制策略。考虑到双三相永磁同步电机广泛应用于工况复杂的航空航天、电动汽车、机车动车和船舶舰艇等领域,电机驱动系统的可靠性十分重要,因此文章分析了电机驱动系统中常见的故障类型以及故障应对措施,并对故障发生率高且故障影响较大的传感器故障展开了详细的研究。通过对电压/电流传感器和位置传感器的故障数据比较,说明了无位置传感器控制作为一种“应急备用”的重要性。其次讨论了双三相PMSM的数学建模。为了控制算法的实现,需要对双三相PMSM进行旋转坐标变换,因此本文分析了基于矢量空间解耦的电机数学模型和基于双d-q坐标变换的电机数学模型,并分析了两种数学模型对应的PWM控制策略以及矢量控制的差异。然后基于双三相PMSM数学模型,研究了双三相PMSM的无位置传感器控制,在低速段采取高频信号注入方法,在高速段采取基于优化的滑模控制策略,并通过观测转速的方法,将两种方法有效结合,实现双三相PMSM在全速范围内的无位置传感器控制,在位置传感器发生故障时能维持基本的安全运行,避免极端工况下因机械传感器引起的可靠性降低问题。最后介绍了双三相PMSM驱动控制实验平台的构造、软件设计和通信故障检测,设计了双三相PMSM基于双d-q坐标变换控制算法的DSP实现方案,并对实验平台数据通讯部分进行了实验验证。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341
【图文】：

电流传感器,霍尔电流传感器,测量原理,都会

与真实量之间保持平行。逡逑偏差故障下，电流传感器测量值与真实电流数值之间的差值随下降是电流传感器的测量能力下降，精度变差，虽然测量平均是测量值与真实电流数值之间的方差变大。逡逑障检测中，完全失效故障是最容易检测的，固定偏差故障和漂测。逡逑电流传感器故障检测逡逑传感器通过电磁感应，将电流信号转化成电压信号，通入到硬常用的是电子式电流互感器中的霍尔电流传感器。逡逑电压与磁场强度成正比例关系，提供恒定的控制电流，则霍尔场强度的影响。原边电流改变，产生的磁场强度就发生变化，对应改变霍尔电压，测量电压就可以测得对应的原边电流。逡逑

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素影响位置检测的工作场合。绝对式编码器根据光电信号扫码分度盘上的明、暗逡逑分布的二进制刻度盘来精确读取电机的绝对旋转角度，然后转换成电信号输出脉逡逑冲信号。绝对式编码器的原理如图１．９所示。码盘由光学破璃制成，码盘上有很逡逑多道刻线，构成ｎ个同心圆，每道刻线从外向圆心分别以２线、４线、８线……逡逑２”线编排，分隔成明暗分区，因此通过读取刻线对应的明、暗信号，可以获得一逡逑个从１到２”－１的二进制码（格雷码），这样由码盘的机械位置决定了电机位置的逡逑读取，不受停电的干扰。逡逑耗．丨：少逦￣￣逡逑图１．９绝对式编码器码盘工作原理逡逑混合式旋转编码器汇集了以上两种光电编码器的优点，同时输出相对旋转角逡逑度和绝对旋转角度，具有增量式编码器的灵活性和绝对式编码器的精确性，在数逡逑控机宋、机器人、军事测定等领域中应用广泛。逡逑２＞位置传感器故障分类逡逑在条件恶劣的工况下，位置传感器会受到极大的影响，因此非常容易出现位逡逑１８逡逑

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／码盘逡逑图１．８光电式增量编码器工作原理图逡逑码器具有位置绝对唯一、干扰影响小和不需要掉电记应用于各种工业领域中的位置测量中。绝对式编码器于开机后需要马上找到精确位置的场合和不允许因测的工作场合。绝对式编码器根据光电信号扫码分度刻度盘来精确读取电机的绝对旋转角度，然后转换成式编码器的原理如图１．９所示。码盘由光学破璃制成，成ｎ个同心圆，每道刻线从外向圆心分别以２线、４隔成明暗分区，因此通过读取刻线对应的明、暗信号的二进制码（格雷码），这样由码盘的机械位置决定电的干扰。逡逑

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