表贴式永磁同步电机的全速度范围无位置传感器运行研究

发布时间：2020-08-21 23:59

【摘要】：永磁同步电机具有高效率、高功率因数、宽调速范围等优势,近年来在轨道交通、航空航天等领域得到了广泛应用。与传统的有位置传感器矢量控制相比,采用无位置传感器控制省去了位置传感器,使得电机系统的体积下降,成本降低,同时提高了系统的可靠性。本文以表贴式永磁同步电机为研究对象,研究了在全速度范围内无位置传感器控制电机运行的算法,主要内容如下:为了尽可能避免无位置算法投入时出现过流抑或电机反转的现象,本文采用预定位的方式在电机运行前将电机转子拖至预定位置。对于实际环境中由电机轴承摩擦力等固有转矩形成的定位盲区,研究了一种二次定位的方法使转子顺利避开盲区从而可靠地到达预定位置。研究了两种开环控制策略,即V/f控制与I-f控制。分析了两种开环控制策略的稳定性,通过对电压频率或电流频率进行校正来增加系统阻尼,从而提高了开环控制的稳定性。经频率校正后,两种控制策略均能驱动电机稳定运行于全转速范围内,并具备一定的抗干扰能力。本文从电机稳态模型出发,分析得出两种控制方法实质上是依据各自的功角特性曲线来寻找稳态工作点,推导了两种开环控制策略的稳定运行区间,并对两者进行了对比分析,总结了各自的优缺点。为了在中高速区域实现对表贴式永磁同步电机的高性能控制,本文设计了一种瞬时切换策略使电机平滑过渡至无位置闭环矢量控制。运用双dq空间变换及转矩功角自平衡的原理,将V/f控制与I-f控制的切换策略相统一,能够实现开环与闭环间的相互切换。文中采用改进的基于定子电流的模型参考自适应方法来估算转子位置及转速,实现了电机在中高速区域的高效率运行。基于理论分析和Matlab/Simulink仿真研究,本文在表贴式永磁同步电机对拖平台上进行了实验验证。实验结果表明,文中所述开环控制能够顺利启动电机并使其稳定运行于给定频率,切换策略能够平滑完成开环与闭环间的切换,无位置控制算法估算精度较高,动态性能良好。
【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】：

开环估算法的基本思想是在电机参数及传感器采样精度准确的前提下，采集电机逡逑定子端的三相电压及电流，然后将其代入电机基波数学模型中直接算出转子位置逡逑及转速，图１－１所示为开环估算法的原理图。逡逑开环估算法的优点在于算法简单、计算量小，然而其估算准确度在很大程度逡逑上受电机参数变化、传感器测量误差以及逆变器输出电压的非线性的影响［２６］。由逡逑于这种方法本质上属于开环估算，不能对估算误差进行实时修正，因此不适用于逡逑一些对控制性能要求较高的应用场合。逡逑５逡逑

依据参考模型和可调模型在控制框图中位置的不同，模型参考自适应方法可逡逑分为并联型、串联型和串并联型［３（）］。按照模型本身的不同，又可分为基于定子电逡逑流、基于定子磁链和基于无功功率的模型参考自适应方法［３Ｍ３］。图１－３所示为目前逡逑使用较多的一种基于定子电流的并联型模型参考自适应方法。逡逑基于模型参考自适应的无位置方法具有算法相对简单、估算精度较高的特点，逡逑但参考模型和可调模型对电机参数依赖性较大。当电机参数变化时，尤其是永磁逡逑体磁链幅值及交轴电感值的变化，会对转子位置估计造成一定的影响，故不适用逡逑于参数变化频繁的应用场合［２２］。逡逑目前，还没有一种无位置传感器控制方法能够准确观测到包括零速、低速以逡逑及中高速范围的永磁同步电机转子位置及转速［３４］。现有的主流方法是采用一种复逡逑合控制，即通过适当的切换策略将适用于零低速的无位置控制算法和中高速域的逡逑方法组合起来，如文献［３５］在零低速时采用高频注入法控制电机，中高速阶段采用逡逑７逡逑

其关键点在于如何由低速平滑过渡到中高速无位置控制，平稳而又快速的切逡逑换过程亦是近几年的研宄难点和热点。文献［３７］采用一种加权平均值方法实现过渡逡逑过程，图１－４所示为其原理示意图。加权平均值法需设置合适的加权因子Ａ，当电逡逑机到达某一转速时进入过渡区，在此期间转子位置估算值由适用于低速的无位置逡逑算法和中高速算法按比例共同组成。过渡阶段结束后转子位置的观测值全部由中逡逑高速无位置算法提供。文献［３８］使用了一种基于电流幅值变化的过渡策略，通过在逡逑过渡区减小Ｉ－ｆ控制中的虚拟ｑ轴电流并同时增大虚拟ｄ轴电流的方式，依据电机逡逑“转矩功角自平衡”的原理最终使电机平稳切换到高速区基于ＳＭＯ的无位置算法逡逑控制。文献［３９］提出了一种基于双ｄｑ空间的瞬时切换策略，其将低速控制到中高逡逑速控制的切换转化为虚拟同步坐标系与估算转子同步坐标系间的切换，无需设置逡逑过渡区，实现了“无缝”切换。逡逑低速控制｜邋过渡邋｜中高速控制逡逑＼Ｗ逡逑０逦ｃｏｘ逦Ｃ０２逦ＣＯ逡逑图１－４加权平均法过渡原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｅｉｇｈｔｅｄ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑１．３本文研究内容逡逑表贴式永磁同步电机（Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，ＳＰＭＳＭ）逡逑由于磁路对称

【参考文献】

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本文编号：2800009