永磁同步电机无位置传感器控制关键技术研究

发布时间：2017-04-18 18:08

  本文关键词：永磁同步电机无位置传感器控制关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)作为交流调速系统的核心部件,具有动态响应好、功率密度大和工作效率高等特点,近年来逐渐受到人们的关注,因此对永磁同步电机调速系统的研究具有较高的应用价值。永磁同步电机高性能的控制策略主要有矢量控制和直接转矩控制,这两种控制方法都需要对转子信息进行实时反馈。在某些特定场合中,例如在空调、冰箱压缩机中的高温高压腐蚀性较强的工作环境下,机械式传感器的可靠性会大打折扣。此外像电动自行车等民用行业对于成本较为敏感,也限制了机械式传感器的使用。因此,永磁同步电机无传感器控制一直是学者们研究的热点。其研究的关键点主要有三处:利用算法实现转子位置的估算、通过估算的转子位置进行电机转速的计算和估算转子位置信息的有效闭环切换。课题组前期提出的新型滑模观测器作为滑模变结构控制在无传感器控制领域的一个应用,除了具有鲁棒性强和估算精度高的优点外,还有效抑制传统滑模观测器的抖振问题,改善了无传感器算法估算转子位置的精度。本文延续课题组的研究进度针对基于新型滑模观测器的PMSM无位置控制系统中的电机转速估算和转子信息闭环控制的方法展开研究。首先,通过对永磁同步电机数学模型和矢量控制理论的分析,建立了基于新型滑模观测器的永磁同步电机矢量控制数学模型。其次,对目前常用的几种电机速度估算算法进行了理论分析,对比了这几种算法应用在无位置控制系统中时的优缺点,并对它们进行了优化改进,提出了两种改进算法提高其转速估算性能,然后通过MATLAB软件进行了仿真对比验证。再次,根据PMSM转子位置检测在低速和高速情况下估算机理的不同,设计了基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制算法,搭建了PMSM无位置传感器开环/闭环控制的Simulink模型,采用建模仿真分析的方法对该部分算法的性能进行了验证。最后,搭建了永磁同步电机实验平台,设计了基于型号为TMS320F28335的DSP芯片的硬件系统和软件系统,通过实验验证了永磁同步电机无位置传感器控制的有效性。
【关键词】：PMSM 矢量控制 无位置传感器 转速估算 闭环反馈
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题背景与研究意义10
• 1.2 PMSM无传感器控制技术国内外研究现状10-14
• 第二章 基于新型滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制系统14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 PMSM矢量控制原理14-20
• 2.2.1 PMSM矢量控制原理14-17
• 2.2.2 PMSM矢量控制系统17-18
• 2.2.3 空间矢量脉宽调制18-20
• 2.3 滑模变结构控制理论20-23
• 2.3.1 滑模变结构控制基本原理20-21
• 2.3.2 基于新型滑模观测器的PMSM无传感器转子位置估算21-23
• 2.4 基于新型滑模观测器的PMSM矢量控制系统23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 基于新型滑模观测器的PMSM无位置传感器转子速度估算方法研究25-49
• 3.1 引言25
• 3.2 PMSM控制系统建模25-27
• 3.3 转子速度估算方法的理论分析和建模仿真27-38
• 3.3.1 直接微分法28
• 3.3.2 锁相环（PLL）28-30
• 3.3.3 全维观测器30-33
• 3.3.4 降维观测器33-38
• 3.4 转子速度估算方法性能仿真分析38-47
• 3.4.1 系统开环空载运行39-42
• 3.4.2 系统闭环运行42-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 PMSM无位置传感器系统开环/闭环切换控制方法的研究49-58
• 4.1 引言49
• 4.2 开环/闭环切换控制模块算法原理49-51
• 4.3 开环/闭环控制算法性能仿真分析51-57
• 4.3.1 系统空载51-55
• 4.3.2 系统突加负载55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 PMSM驱动控制系统设计和实验研究58-67
• 5.1 引言58
• 5.2 系统硬件设计58-60
• 5.2.1 系统驱动电路58-59
• 5.2.2 系统控制电路59-60
• 5.3 系统软件设计60-62
• 5.3.1 程序初始化61
• 5.3.2 主中断程序设计61-62
• 5.4 PMSM无位置传感器控制系统实验研究62-66
• 5.4.1 PMSM的启动62-63
• 5.4.2 直接微分法估算转速实验研究63-65
• 5.4.3 锁相环(PLL)估算转速实验研究65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间的研究成果71-72
• 致谢72

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