全速度范围无位置传感器永磁同步电机控制研究
发布时间：2021-04-01 09:32
永磁同步电机调速系统在新能源汽车、船舶动力、数控机床等领域应用越来越广。采用无位置传感器控制可以降低设备制造成本,增强系统可靠性,具有广泛的应用价值。目前永磁同步电机驱动系统采用无位置传感器控制是主要发展趋势之一。永磁同步电机在实际运行中存在较多的高次电流谐波,这些高次谐波增加损耗并产生转矩脉动,降低了电机调速系统性能。永磁同步电机电流谐波抑制控制技术成为研究的热点。本文提出了全速度范围下,无位置传感器永磁同步电机电流谐波抑制调速系统。在各谐波电流同步旋转坐标系下应用基于复矢量交叉耦合解耦的PI电流控制器,抑制电流谐波以及消除永磁同步电机方程中随转速变化的耦合项,使复矢量PI电流控制器能够在不同速度下抑制电流谐波。建立了考虑更高次电流谐波的永磁同步电机数学模型,构建了复矢量PI电流调节器,在各自高次电流谐波同步旋转坐标系下,抑制了永磁同步电机相电流中存在含量较大的5次,7次,11次,13次谐波分量,降低了谐波损耗和转矩脉动。给出了无位置传感器永磁同步电机调速系统的位置估计方法。在估计转子γ-δ坐标系下,设计基于iγ=0的内置式永磁同步电机矢量控制系统。在中高速范围...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
精进电动的车用永磁同步电机和德尔福配套的电机逆变器Fig.1.1JJecnPMSMforvehicleandDelphimatchingmotorinverter
?Ｃ娌问?≡癫坏保?引起电机运行时的抖振问题。（3）模型参考自适应法清华大学在国内率先使用模型参考自适应法估计永磁同步电机的转子位置，该方法的基本思想是将永磁同步电机本身作为参考模型，将估计的定子电流作为可调模型，在调速系统实际运行中，这两种模型输出的物理量具有相同的物理含义。选取合适的参数自适应率，通过这两者输出物理量的差值，使得可调模型的输出量不断收敛于参考模型的输出量，以此获得永磁同步电机转子位置和转速信息[36]。通常应用超稳定性与正性动态系统理论对选取的自适应律进行设计。图1.2模型参考自适应观测器原理图Fig.1.2Themodelreferstotheschematicdiagramoftheadaptiveobserver1.3.2低速运行时无传感器控制技术当永磁同步电机运行在低速区间时，电机的反电势与电机转速成正比，有用的反电势信号较低，通常难以提龋导致基于永磁同步电机模型法，在电机低速工况下运行时无法实时估计转子的位置和速度。为了在包括零速在内的所有速度下都能获得精确的转子位置信息。高频信号注入法通过利用内置式永磁同步电机具有凸极性的特点，在低速工况下，将高频电压信号注入到电机定子绕组中，电机的转子位置信息包含在响应的高频电流中。通过低通及带通滤波器，提取响应电流信号并进行处理，估计转子位置与转速[37-38]。低速工况下，常采用的高频信号注入法分别为旋转电压注入法、脉振电压注入法和方波电压注入法。虽然本世纪初就有学者发表关于高频方波注入法的论文，已引起广泛的讨论，但与其它两种高频电压信号注入方法相比应用较晚，但是由于不需要在系统中使用复杂的数字滤波器，因此可以提升速度环带宽。近些年来，随着高频方波技术的不断发展，其具有的观测精度可替代低分辨率的编码器。永磁同步电机高频信
1.绪论6（1）高频旋转电压信号注入法该方法的基本原理是指在永磁同步电机的两相静止-坐标系上的轴、轴分别注入高频正弦电压信号，提取永磁同步电机产生的高频响应电流，经过带通滤波器、高通滤波器等进行信号处理计算[39]。高频旋转电压信号注入法的结构框图，如图1.3所示。图1.3高频旋转电压信号注入法系统结构框图Fig.1.3Highfrequencyrotatingvoltagesignalinjectionsystemstructurediagram图中，i、u为基波电流和电压，ini为提取的高频响应电流，inu为注入的高频电压。/dq是以/dqT为坐标变换准则的旋转变换（Park变换），dq/为其逆运算，UVW/是以uvw/T为坐标变换准则的旋转变换（Clark变换），低通滤波器（LowPassFilter,LPF）主要用于电流滤波，带通滤波器（BandPassfilter,BPF）主要用于提取高频电流信号。但该方案还是存在一些缺陷，由于需要用到较多的滤波器进行高频响应处理，使系统的处理复杂度增加。（2）高频脉振电压信号注入法该方法与前一节方案大体一致。向估计转子的轴注入高频正弦电压信号，在两相静止-坐标系下，注入的高频正弦电压可看做脉振的电压信号[40-41]。估计转子坐标系和同步旋转坐标系之间关系如图1.4所示。估计转子-坐标系和两相静止-坐标系的夹角为e，两相同步旋转d-q坐标系与两相静止-坐标系的夹角为e。其中=ee为电机转子位置估计误差角。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机无位置传感器控制谐波抑制策略研究[J]. 杨淑英,刘世园,李浩源,刘善宏,张兴. 中国电机工程学报. 2019(20)
[2]基于模型预测控制的永磁同步电机电流控制技术综述[J]. 颜学龙,谢刚,孙天夫,梁嘉宁,闫俞佰. 电机与控制应用. 2019(09)
[3]永磁同步电机电流谐波抑制策略[J]. 李帅,孙立志,刘兴亚,安群涛. 电工技术学报. 2019(S1)
[4]永磁同步电动机矢量控制系统谐波电流抑制[J]. 孙健,王爱元,王涛,金永星. 上海电机学院学报. 2019(03)
[5]基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法[J]. 李生民,肖亚敏,梁吉宁,孟琳. 电机与控制应用. 2019(05)
[6]一种永磁同步电机谐波电流抑制算法[J]. 纪世忠. 电力电子技术. 2019(04)
[7]基于矢量控制的异步电机自抗扰控制[J]. 贺虎成,孙磊,张玉峰,朱群. 电机与控制学报. 2019(04)
[8]基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法[J]. 李文真,刘景林,陈双双. 电工技术学报. 2018(24)
[9]电动车用永磁同步电机定子谐波优化控制[J]. 王硕,王旭东,金宁治,刘宇博,谢瑞. 哈尔滨理工大学学报. 2018(05)
[10]基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制[J]. 吴定会,杨德亮,陈锦宝. 系统仿真学报. 2018(11)
博士论文
[1]基于转矩—转速—电流MAP的车用永磁同步电机矢量控制优化[D]. 杨阳.吉林大学 2018
[2]内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 张国强.哈尔滨工业大学 2017
[3]永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究[D]. 王子辉.浙江大学 2012
[4]基于电力电子系统集成概念的PMSM无传感器控制研究[D]. 秦峰.浙江大学 2006
硕士论文
[1]引入虚拟电阻的永磁同步电机电流环控制策略研究[D]. 寇天明.西安理工大学 2019
[2]谐波控制策略对主轴电机动态特性影响的研究[D]. 薛镜武.沈阳工业大学 2019
[3]电动汽车永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究[D]. 李东.重庆大学 2018
[4]全速度范围的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究[D]. 韩松杉.北京交通大学 2018
[5]永磁同步电机系统转矩脉动抑制的研究[D]. 张志鑫.哈尔滨工业大学 2017
[6]永磁电机低载波比无传感器控制策略研究[D]. 付炎.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3113107
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
精进电动的车用永磁同步电机和德尔福配套的电机逆变器Fig.1.1JJecnPMSMforvehicleandDelphimatchingmotorinverter
?Ｃ娌问?≡癫坏保?引起电机运行时的抖振问题。（3）模型参考自适应法清华大学在国内率先使用模型参考自适应法估计永磁同步电机的转子位置，该方法的基本思想是将永磁同步电机本身作为参考模型，将估计的定子电流作为可调模型，在调速系统实际运行中，这两种模型输出的物理量具有相同的物理含义。选取合适的参数自适应率，通过这两者输出物理量的差值，使得可调模型的输出量不断收敛于参考模型的输出量，以此获得永磁同步电机转子位置和转速信息[36]。通常应用超稳定性与正性动态系统理论对选取的自适应律进行设计。图1.2模型参考自适应观测器原理图Fig.1.2Themodelreferstotheschematicdiagramoftheadaptiveobserver1.3.2低速运行时无传感器控制技术当永磁同步电机运行在低速区间时，电机的反电势与电机转速成正比，有用的反电势信号较低，通常难以提龋导致基于永磁同步电机模型法，在电机低速工况下运行时无法实时估计转子的位置和速度。为了在包括零速在内的所有速度下都能获得精确的转子位置信息。高频信号注入法通过利用内置式永磁同步电机具有凸极性的特点，在低速工况下，将高频电压信号注入到电机定子绕组中，电机的转子位置信息包含在响应的高频电流中。通过低通及带通滤波器，提取响应电流信号并进行处理，估计转子位置与转速[37-38]。低速工况下，常采用的高频信号注入法分别为旋转电压注入法、脉振电压注入法和方波电压注入法。虽然本世纪初就有学者发表关于高频方波注入法的论文，已引起广泛的讨论，但与其它两种高频电压信号注入方法相比应用较晚，但是由于不需要在系统中使用复杂的数字滤波器，因此可以提升速度环带宽。近些年来，随着高频方波技术的不断发展，其具有的观测精度可替代低分辨率的编码器。永磁同步电机高频信
1.绪论6（1）高频旋转电压信号注入法该方法的基本原理是指在永磁同步电机的两相静止-坐标系上的轴、轴分别注入高频正弦电压信号，提取永磁同步电机产生的高频响应电流，经过带通滤波器、高通滤波器等进行信号处理计算[39]。高频旋转电压信号注入法的结构框图，如图1.3所示。图1.3高频旋转电压信号注入法系统结构框图Fig.1.3Highfrequencyrotatingvoltagesignalinjectionsystemstructurediagram图中，i、u为基波电流和电压，ini为提取的高频响应电流，inu为注入的高频电压。/dq是以/dqT为坐标变换准则的旋转变换（Park变换），dq/为其逆运算，UVW/是以uvw/T为坐标变换准则的旋转变换（Clark变换），低通滤波器（LowPassFilter,LPF）主要用于电流滤波，带通滤波器（BandPassfilter,BPF）主要用于提取高频电流信号。但该方案还是存在一些缺陷，由于需要用到较多的滤波器进行高频响应处理，使系统的处理复杂度增加。（2）高频脉振电压信号注入法该方法与前一节方案大体一致。向估计转子的轴注入高频正弦电压信号，在两相静止-坐标系下，注入的高频正弦电压可看做脉振的电压信号[40-41]。估计转子坐标系和同步旋转坐标系之间关系如图1.4所示。估计转子-坐标系和两相静止-坐标系的夹角为e，两相同步旋转d-q坐标系与两相静止-坐标系的夹角为e。其中=ee为电机转子位置估计误差角。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机无位置传感器控制谐波抑制策略研究[J]. 杨淑英,刘世园,李浩源,刘善宏,张兴. 中国电机工程学报. 2019(20)
[2]基于模型预测控制的永磁同步电机电流控制技术综述[J]. 颜学龙,谢刚,孙天夫,梁嘉宁,闫俞佰. 电机与控制应用. 2019(09)
[3]永磁同步电机电流谐波抑制策略[J]. 李帅,孙立志,刘兴亚,安群涛. 电工技术学报. 2019(S1)
[4]永磁同步电动机矢量控制系统谐波电流抑制[J]. 孙健,王爱元,王涛,金永星. 上海电机学院学报. 2019(03)
[5]基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法[J]. 李生民,肖亚敏,梁吉宁,孟琳. 电机与控制应用. 2019(05)
[6]一种永磁同步电机谐波电流抑制算法[J]. 纪世忠. 电力电子技术. 2019(04)
[7]基于矢量控制的异步电机自抗扰控制[J]. 贺虎成,孙磊,张玉峰,朱群. 电机与控制学报. 2019(04)
[8]基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法[J]. 李文真,刘景林,陈双双. 电工技术学报. 2018(24)
[9]电动车用永磁同步电机定子谐波优化控制[J]. 王硕,王旭东,金宁治,刘宇博,谢瑞. 哈尔滨理工大学学报. 2018(05)
[10]基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制[J]. 吴定会,杨德亮,陈锦宝. 系统仿真学报. 2018(11)
博士论文
[1]基于转矩—转速—电流MAP的车用永磁同步电机矢量控制优化[D]. 杨阳.吉林大学 2018
[2]内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 张国强.哈尔滨工业大学 2017
[3]永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究[D]. 王子辉.浙江大学 2012
[4]基于电力电子系统集成概念的PMSM无传感器控制研究[D]. 秦峰.浙江大学 2006
硕士论文
[1]引入虚拟电阻的永磁同步电机电流环控制策略研究[D]. 寇天明.西安理工大学 2019
[2]谐波控制策略对主轴电机动态特性影响的研究[D]. 薛镜武.沈阳工业大学 2019
[3]电动汽车永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究[D]. 李东.重庆大学 2018
[4]全速度范围的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究[D]. 韩松杉.北京交通大学 2018
[5]永磁同步电机系统转矩脉动抑制的研究[D]. 张志鑫.哈尔滨工业大学 2017
[6]永磁电机低载波比无传感器控制策略研究[D]. 付炎.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3113107
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