永磁同步电机无电流传感器伺服控制技术研究
发布时间：2021-01-25 02:36
随着永磁材料的发展,数字控制技术的进步,永磁同步电机伺服控制系统在数控机床、机器人、云台等高新技术领域得到了广泛的应用。在伺服控制系统的性能、可靠性和成本方面都提出了更高的要求,因此减少各种传感器的电机控制技术受到了广泛关注与研究。相关研究主要集中在无位置传感器控制,但是目前对于无电流传感器控制技术的研究还不够深入,需要对无电流传感器电机控制技术进行理论分析和系统建模。论文开篇介绍了伺服控制系统的发展,总结了无电流传感器电机控制技术国内外的研究现状。以小功率表贴式永磁同步电机为研究对象,首先对永磁同步电机进行了数学建模,得到了三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型,并阐述了电机磁场定向控制原理,介绍了4)(（9）=0伺服控制技术以及反推自适应控制和电流预测控制两种无电流传感器控制方法。论文研究了基于电流估算的伺服控制系统,详细介绍了控制器参数的设计过程,分析了死区对系统的影响并设计了一种死区补偿方案,对系统进行了位置控制仿真和实验验证。针对小功率、负载波动小、转速低的伺服应用场合,研究了一种基于无电流环的伺服控制系统,通过简化电机的电压方程,省略了电流内环,对...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
死区补偿效果仿真通过仿真对比可知，未加入死区补偿时，估算电流和真实电流存在较大偏差，0.2s加
浙江大学硕士学位论文第3章基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统28图3-11死区补偿效果实验3.4控制器设计基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统采用位置-转速-电流三环控制结构，因此需要对三个控制环的控制器进行设计。本节由内环至外环逐一对各个控制器进行设计。3.4.1电流环控制器由前文对电机数学模型的介绍，对式(2-8)取小信号模型，可得：[++]=[00][++]+[00][++]+[(+)+(+)](+)(3-14)对式(3-14)略去二阶小项和常数项，整理得到电机的小信号模型为：=+(3-15)=+++(+)(3-16)在电机的小信号模型式子中可以发现，d轴电压ud的表达式中含有q轴耦合项，q轴电压uq的表达式中也有d轴耦合项，这使得模型更加复杂，增加了控制难度，为了消除耦合项简化分析，可以在控制器中加入解耦项，从而简化电机的传递函数。解耦控制方式如图3-12所示。
浙江大学硕士学位论文第3章基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统34首先设置位置环穿越频率为_，为了避免控制中内环对于位置外环的影响，将位置环穿越频率_设置为转速环穿越频率的1/10，即_=110_，可以得到位置环控制器参数_的计算公式为：_=_(3-42)至此，完成了位置环控制器的设计。3.5仿真与实验本小节主要利用Simulink工具搭建仿真模型，对前文设计的基于电流估算的永磁同步电机伺服控制方法进行验证，并在仿真的基础上在实验台进行了伺服控制实验，验证了本节所设计的基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统的有效性。3.5.1电流控制仿真与实验代入本文所用的永磁同步电机参数，采用3.4.1小节对电流控制器的设计方法设计电流环PI参数。搭建了Simulink仿真模型，在电机静止状态下，进行了d轴电流阶跃响应仿真，仿真结果如图3-19所示。0.01s时刻给定一个d轴参考，经过约1ms，估算电流和实际电流均能跟踪上参考值，电流估算值基本和实际值相符，能够通过估算电流值反映真实电流情况，电流阶跃响应速度满足设计目标。图3-19d轴电流阶跃响应仿真为了检验实际的电流控制效果，基于GD32F103控制芯片和12V小功率SPMSM搭建了实验台，进行了d轴电流阶跃响应实验，为了对比估算电流和真实电流，在控制板中加入了电流传感器来检测真实电流值。实验结果如图3-20所示。电流参考值阶跃给定后约1ms，估算电流和真是电流均能跟踪参考值，且估算电流和真实电流相符，可以反映真实电流情况，实验结果与仿真结果一致，验证了电流估算方案的可行性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制[J]. 李英强,杨明,龙江,刘子锐,徐殿国. 电机与控制应用. 2018(01)
[2]永磁同步电机-虚拟电流环控制技术的研究[J]. 申娟,周实. 电子技术应用. 2017(01)
[3]基于电流估计的永磁同步电机矢量控制[J]. 张信,杨振强,吴梦杰. 微特电机. 2016(05)
[4]永磁同步电机无电流传感器控制系统运行性能分析[J]. 徐迅,阮建国,鲁文其,虞志源. 机电工程. 2015(07)
[5]无电流环永磁同步电动机控制器设计[J]. 张文炬,黄安宁,黄根春. 微特电机. 2014(10)
[6]无电流传感器永磁同步电机控制技术的研究[J]. 李勇,张强. 机电产品开发与创新. 2014(04)
[7]基于反推自适应控制的永磁同步电机摩擦力矩补偿策略[J]. 阎彦,刘锐,史婷娜,夏长亮. 中国电机工程学报. 2013(33)
[8]车用驱动电机无电流传感器控制[J]. 周雅夫,沈晓勇,连静,李骏,刘明辉,赵子亮. 吉林大学学报(工学版). 2012(01)
[9]一种低成本工业缝纫机驱动系统的研究[J]. 姜泽,刘峙飞. 机电产品开发与创新. 2011(02)
[10]隐极式PMSM无电流传感器调速控制系统研究[J]. 韩利,刘春燕,何震球. 微电机. 2010(07)
博士论文
[1]感应电机无速度传感器控制的若干关键技术研究[D]. 陈斌.浙江大学 2015
[2]无速度传感器矢量控制系统的若干问题研究[D]. 朝泽云.华中科技大学 2007
[3]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
[4]高性能交流伺服系统及其复合控制策略研究[D]. 曾玉金.浙江大学 2005
硕士论文
[1]永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究[D]. 崔宏伟.兰州交通大学 2018
[2]永磁同步电机单电流传感器电流预测控制技术研究[D]. 李英强.哈尔滨工业大学 2018
[3]电动大巴汽车用永磁同步电机的驱动与控制[D]. 蔡国庆.浙江大学 2018
[4]永磁同步电机无电流传感器矢量控制系统研究[D]. 张信.大连理工大学 2016
[5]永磁同步电机的自适应反推控制策略研究[D]. 朱汉未.浙江大学 2013
[6]永磁同步电机伺服控制系统研究[D]. 姜飞荣.浙江大学 2006
[7]无电流传感器的平缝机交流伺服驱动器研究[D]. 杨薇薇.华中科技大学 2005
本文编号：2998391
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
死区补偿效果仿真通过仿真对比可知，未加入死区补偿时，估算电流和真实电流存在较大偏差，0.2s加
浙江大学硕士学位论文第3章基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统28图3-11死区补偿效果实验3.4控制器设计基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统采用位置-转速-电流三环控制结构，因此需要对三个控制环的控制器进行设计。本节由内环至外环逐一对各个控制器进行设计。3.4.1电流环控制器由前文对电机数学模型的介绍，对式(2-8)取小信号模型，可得：[++]=[00][++]+[00][++]+[(+)+(+)](+)(3-14)对式(3-14)略去二阶小项和常数项，整理得到电机的小信号模型为：=+(3-15)=+++(+)(3-16)在电机的小信号模型式子中可以发现，d轴电压ud的表达式中含有q轴耦合项，q轴电压uq的表达式中也有d轴耦合项，这使得模型更加复杂，增加了控制难度，为了消除耦合项简化分析，可以在控制器中加入解耦项，从而简化电机的传递函数。解耦控制方式如图3-12所示。
浙江大学硕士学位论文第3章基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统34首先设置位置环穿越频率为_，为了避免控制中内环对于位置外环的影响，将位置环穿越频率_设置为转速环穿越频率的1/10，即_=110_，可以得到位置环控制器参数_的计算公式为：_=_(3-42)至此，完成了位置环控制器的设计。3.5仿真与实验本小节主要利用Simulink工具搭建仿真模型，对前文设计的基于电流估算的永磁同步电机伺服控制方法进行验证，并在仿真的基础上在实验台进行了伺服控制实验，验证了本节所设计的基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统的有效性。3.5.1电流控制仿真与实验代入本文所用的永磁同步电机参数，采用3.4.1小节对电流控制器的设计方法设计电流环PI参数。搭建了Simulink仿真模型，在电机静止状态下，进行了d轴电流阶跃响应仿真，仿真结果如图3-19所示。0.01s时刻给定一个d轴参考，经过约1ms，估算电流和实际电流均能跟踪上参考值，电流估算值基本和实际值相符，能够通过估算电流值反映真实电流情况，电流阶跃响应速度满足设计目标。图3-19d轴电流阶跃响应仿真为了检验实际的电流控制效果，基于GD32F103控制芯片和12V小功率SPMSM搭建了实验台，进行了d轴电流阶跃响应实验，为了对比估算电流和真实电流，在控制板中加入了电流传感器来检测真实电流值。实验结果如图3-20所示。电流参考值阶跃给定后约1ms，估算电流和真是电流均能跟踪参考值，且估算电流和真实电流相符，可以反映真实电流情况，实验结果与仿真结果一致，验证了电流估算方案的可行性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制[J]. 李英强,杨明,龙江,刘子锐,徐殿国. 电机与控制应用. 2018(01)
[2]永磁同步电机-虚拟电流环控制技术的研究[J]. 申娟,周实. 电子技术应用. 2017(01)
[3]基于电流估计的永磁同步电机矢量控制[J]. 张信,杨振强,吴梦杰. 微特电机. 2016(05)
[4]永磁同步电机无电流传感器控制系统运行性能分析[J]. 徐迅,阮建国,鲁文其,虞志源. 机电工程. 2015(07)
[5]无电流环永磁同步电动机控制器设计[J]. 张文炬,黄安宁,黄根春. 微特电机. 2014(10)
[6]无电流传感器永磁同步电机控制技术的研究[J]. 李勇,张强. 机电产品开发与创新. 2014(04)
[7]基于反推自适应控制的永磁同步电机摩擦力矩补偿策略[J]. 阎彦,刘锐,史婷娜,夏长亮. 中国电机工程学报. 2013(33)
[8]车用驱动电机无电流传感器控制[J]. 周雅夫,沈晓勇,连静,李骏,刘明辉,赵子亮. 吉林大学学报(工学版). 2012(01)
[9]一种低成本工业缝纫机驱动系统的研究[J]. 姜泽,刘峙飞. 机电产品开发与创新. 2011(02)
[10]隐极式PMSM无电流传感器调速控制系统研究[J]. 韩利,刘春燕,何震球. 微电机. 2010(07)
博士论文
[1]感应电机无速度传感器控制的若干关键技术研究[D]. 陈斌.浙江大学 2015
[2]无速度传感器矢量控制系统的若干问题研究[D]. 朝泽云.华中科技大学 2007
[3]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
[4]高性能交流伺服系统及其复合控制策略研究[D]. 曾玉金.浙江大学 2005
硕士论文
[1]永磁同步电机控制系统无电流传感器技术的研究[D]. 崔宏伟.兰州交通大学 2018
[2]永磁同步电机单电流传感器电流预测控制技术研究[D]. 李英强.哈尔滨工业大学 2018
[3]电动大巴汽车用永磁同步电机的驱动与控制[D]. 蔡国庆.浙江大学 2018
[4]永磁同步电机无电流传感器矢量控制系统研究[D]. 张信.大连理工大学 2016
[5]永磁同步电机的自适应反推控制策略研究[D]. 朱汉未.浙江大学 2013
[6]永磁同步电机伺服控制系统研究[D]. 姜飞荣.浙江大学 2006
[7]无电流传感器的平缝机交流伺服驱动器研究[D]. 杨薇薇.华中科技大学 2005
本文编号：2998391
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