永磁同步电机无速度传感器控制系统关键技术研究

发布时间：2017-04-07 23:05

  本文关键词：永磁同步电机无速度传感器控制系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电机无论在结构还是在控制性能上来看都具有很多优点,这使其成为了电气传动驱动电机必然的发展趋势。高性能的永磁同步电机控制系统中,转子位置和转速的信息是实现高精度控制不可缺少的条件,一般都通过安装机械式速度传感器来测量电机的转速和位置信息,但传感器会带来难安装、需维护、高成本和低可靠性等一系列的问题。针对上述问题,无速度传感器技术成为了当前电气传动领域的研究热点。本文对永磁同步电机无速度传感器控制系统的研究现状进行了综述,通过分析永磁同步电机的结构和特性建立了永磁同步电机的等效电路及数学模型。阐述了永磁同步电机无速度传感器矢量控制的原理,举例介绍了几种永磁同步电机的矢量控制策略及转子位置估算方法。通过上述研究表明,基于电机基波反电动势的大多数转子位置估算方法,在低速下由于反电动势过小无法正常工作,所以本文将研究重点放在适用于低速(零速)的永磁同步电机无速度传感器转子位置估算方法,即高频信号注入法。首先,建立了在高频激励下永磁同步电机的数学模型,分析了旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法的原理及其观测器的设计方法,利用仿真工具建立了两种高频信号注入法的仿真模型,并通过仿真结果对二者进行了对比,在适用电机类型、系统的复杂程度、实现的难易程度等方面分析二者各自的优缺点。然后设计了一个基于表贴式永磁同步电机无速度传感器混合控制系统。在低速下和初始位置检测时采用脉振高频电压注入法,在中高速下采用基于锁相环的反电动势法。介绍了这两种方法的原理、信号处理过程及观测器的设计,并设计了一个混和观测器来实现两种方法的切换。通过仿真分析,证实了这种方法理论上的可行性。最后在永磁同步电机实验平台上进行了相关实验,对本文所提出方法的理论分析和仿真研究进行了验证,实验结果证明了本文所提方法在实际中的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 无速度传感器 低速 高频信号注入 混合控制方法
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-13
• 1.2.1 永磁同步电机转矩控制策略的发展10-12
• 1.2.2 无速度传感器控制技术研究现状12-13
• 1.3 论文的主要内容13-14
• 2 永磁同步电机的结构、特性与数学模型14-24
• 2.1 永磁同步电机基本结构与特性14-17
• 2.1.1 永磁同步电机的分类与结构14-16
• 2.1.2 永磁同步电机的特性曲线16-17
• 2.2 永磁同步电机的等效电路与数学模型17-23
• 2.2.1 永磁同步电机的等效电路17-20
• 2.2.2 永磁同步电机的数学模型20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 永磁同步电机无速度传感器矢量控制理论24-36
• 3.1 永磁同步电机矢量控制原理24-25
• 3.2 永磁同步电机矢量控制策略25-26
• 3.3 永磁同步电机无速度传感器矢量控制的整体方案26-28
• 3.4 转子位置估算方法28-34
• 3.5 本章小结34-36
• 4 高频信号注入法无速度传感器控制36-48
• 4.1 永磁同步电机的高频模型37-38
• 4.2 旋转高频电压注入法38-41
• 4.2.1 旋转高频电压注入法原理38-41
• 4.2.2 旋转高频电压注入法观测器设计41
• 4.3 脉振高频电压注入法41-45
• 4.3.1 脉振高频电压注入法原理41-43
• 4.3.2 脉振高频电压注入法观测器设计43-45
• 4.4 两种高频注入法的无传感器仿真对比45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 永磁同步电机无速度传感器混合控制系统48-66
• 5.1 转子初始位置检测48-56
• 5.1.1 定子电感非线性饱和特性48-49
• 5.1.2 转子磁极位置的检测49-52
• 5.1.3 转子位置估计系统原理52-53
• 5.1.4 转子磁极极性的判断与补偿53-54
• 5.1.5 系统仿真54-56
• 5.2 基于脉振高频电压注入法的低速运行56-60
• 5.2.1 基于脉振高频电压注入法的低速运行原理56
• 5.2.2 信号处理及滤波器设计56-58
• 5.2.3 系统仿真58-60
• 5.3 基于锁相环反电动势法的中高速运行60-63
• 5.3.1 基于锁相环反电动势法的原理60-61
• 5.3.2 信号处理及观测器设计61-62
• 5.3.3 系统仿真62-63
• 5.4 无速度传感器混和控制方案63-65
• 5.4.1 控制结构63-64
• 5.4.2 系统仿真64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统实验66-74
• 6.1 永磁同步电机无速度传感器矢量控制平台硬件结构66-68
• 6.2 矢量控制系统软件设计68-71
• 6.2.1 主程序设计69-70
• 6.2.2 PWM中断服务子程序设计70-71
• 6.3 实验结果与分析71-73
• 6.3.1 初始位置检测实验71
• 6.3.2 低速运行实验71-72
• 6.3.3 算法切换实验72
• 6.3.4 中高速运行实验72-73
• 6.4 本章小结73-74
• 7 结论与展望74-76
• 7.1 主要结论74
• 7.2 研究展望74-76
• 参考文献76-80
• 在学期间的研究成果80-81
• 致谢81

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