低速直驱永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究

发布时间：2020-10-26 16:33

　　 永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有重量轻、体积小、结构紧凑、高转矩/惯性比以及宽调速范围等优点,近年来在家用电器和工业控制领域被广泛的应用。PMSM利用位置传感器来获得转子的位置信息,但考虑到成本、体积、机械结构以及运行环境的问题,采用无位置传感器控制技术对电机调速系统研究具有重要的意义与应用价值。PMSM的启动以及低速运行是无位置传感器控制的主要问题。第一步建立数学模型,包括电压方程、机械运动方程、电磁转矩方程,第二步介绍PMSM矢量控制方法的基本原理,并进行对比确定矢量控制策略。最后,详细介绍了PMSM在较低的运行速度时所涉及的旋转高频电压注入法以及脉振高频电压注入法基本概念及应用,并对两种方法进行优缺点对比,最终确定采用脉振高频电压注入法进行数学模型的搭建,并进行仿真分析,最终确定注入电压以及频率的大小。PMSM转子初始位置检测对电机的顺利启动是至关重要的,旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法常用来在无位置传感器的情况下检测静止时的转子初始位置,本文对SPMSM的饱和凸极特性基本原理以及PLL转子位置估计方法进行了研究,分别介绍了比例积分(Proportional-Integral,PI)观测器和扩展状态观测器(Extended State Observer,ESO)并研究了它们的参数调谐方法,在MATLAB/Simulink下搭建仿真模块对两种方法和两种观测器进行了对比研究。最后根据脉振高频电压注入法的相关理论,采用脉振方波电压注入法来对电机转子进行位置与速度的估算,来实现低速直驱永磁同步电机的无位置传感器控制。在深度了解了该方法的基本工作原理之后,进一步采用PI观测器实现从启动到低速运行的无位置传感器控制,通过仿真结果一系列的对比分析,为研究提供了依据并证实其方案的可行性。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及研究意义
        1.1.1 课题的背景
        1.1.2 课题的研究意义
    1.2 低速无位置传感器控制技术的研究现状
    1.3 永磁同步电机及其控制技术
        1.3.1 永磁同步电机的转子结构
        1.3.2 永磁同步电机控制技术
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 基于高频电压注入法的无位置传感器矢量控制及其仿真
    2.1 永磁同步电动机的数学模型
    2.2 永磁同步电动机的矢量控制
    2.3 高频电压注入法的基本原理
        2.3.1 旋转高频电压注入法的基本原理
        2.3.2 脉振高频电压注入法的基本原理
        2.3.3 两种高频电压注入法的比较
    2.4 基于脉振高频注入法的PMSM仿真研究
        2.4.1 仿真模型
        2.4.2 仿真运行结果及其分析
    2.5 本章小结
第3章 基于高频电压注入法的初始位置检测及其仿真
    3.1 定子电感非线性饱和特性
    3.2 基于PLL的转子位置估计方法
    3.3 初始位置检测
        3.3.1 PI观测器的参数调整
        3.3.2 ESO的参数调整
    3.4 系统仿真及其分析
    3.5 本章小结
第4章 基于脉振方波电压注入法的低速无位置传感器控制及其仿真
    4.1 脉振方波电压注入的理论基础及其高频电流响应
    4.2 PMSM的 PI调节器的参数整定
        4.2.1 转速环PI调节器的整定
        4.2.2 电流环PI调节器的整定
    4.3 脉振方波电压注入法控制系统设计
    4.4 基于脉振方波电压注入法的PMSM仿真研究
        4.4.1 仿真模型
        4.4.2 仿真结果及其分析
    4.5 本章小结
第5章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢

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本文编号：2857234