内置式永磁同步电机无位置传感及复合容错控制关键技术研究
发布时间：2022-01-16 08:35
内置式永磁同步电动机具有效率高、过载能力强、结构简单、可靠性高等显著优点,因而获得了国内外学者的广泛关注和研究。在内置式永磁同步电机驱动系统中,位置传感器、电流传感器、逆变器作为连接控制器与电机的桥梁,具有十分重要的作用,而这些关键器件的损坏（或缺失）将会使驱动系统无法实现高性能、高效率的闭环控制,甚至会导致整个系统的“瘫痪”。为了解决上述问题,本文针对这些关键部件发生故障情况下的容错控制方法,以及不同类型部件同时发生故障时的复合容错控制方法进行了研究,并提出了相应的控制策略,使得驱动系统在复杂故障情况下的容错能力得到了提升。论文首先针对内置式永磁同步电机转子位置传感器故障情况下的无位置检测方法进行了研究,并针对不同的系统需求,提出了两种基于旋转高频电压信号注入法的检测策略。第一种算法通过对三相高频电流响应幅值的直接分析,实现了转子位置的检测,该方法具有检测速度快、计算量小等显著优点。第二种方法通过提取高频电流响应的正负序分量相角之差,实现了位置信息的估计,该方法尽管计算量略微有所增加,但是其具有更高的检测精度。随后,论文针对在三相六开关逆变器的电机驱动系统中,相电流传感器和位置传感器...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无位置传感器控制技术
1.2.2 相电流重构技术
1.2.3 逆变器故障及三相四开关控制策略
1.2.4 多部件故障的复合容错控制关键技术
1.3 论文主要研究内容
第二章 内置式永磁同步电机初始位置检测方法
2.1 常用的内置式永磁同步电机初始定位方法
2.1.1 凸极电机和隐极电机
2.1.2 “预定位”方法
2.1.3 脉冲电压信号注入法
2.1.4 旋转高频信号注入法
2.2 内置式永磁同步电机高频数学模型
2.3 基于高频电流幅值的初始位置检测方法
2.3.1 初始位置估计方法
2.3.2 波形幅值提取算法
2.3.3 转子NS极性辨别
2.4 基于高频电流正负序分量相角差的初始位置检测方法
2.4.1 高精度初始位置估计方法
2.4.2 正负序分量相角提取算法
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第三章 基于单电流传感器的IPMSM无位置传感器检测方法
3.1 基于母线电流传感器的相电流重构原理
3.2 基于母线电流传感器的三相电流解耦重构策略
3.2.1 三相电流的解耦重构方法
3.2.2 基于三相电流解耦重构的新型矢量合成策略
3.2.3 “α-β坐标系旋转变化法”在三相电流解耦重构策略中的应用
3.2.4 基于三相电流解耦重构的PWM合成及母线电流采样策略
3.3 基于单电流传感器的无位置传感控制策略实施方案
3.4 实验验证
3.4.1 相电流重构策略验证
3.4.2 基于相电流重构技术的无位置传感器检测验证
3.5 本章小结
第四章 基于三相四开关逆变器的IPMSM无位置传感器检测方法
4.1 三相四开关逆变器拓扑结构
4.1.1 逆变器开关管开路故障对有效矢量及输出范围的影响
4.1.2 三相四开关逆变器拓扑结构
4.2 三相四开关逆变器基本电压矢量及输出矢量合成策略
4.2.1 三相四开关逆变器基本电压矢量及扇区划分
4.2.2 三相四开关逆变器k-l坐标系及矢量合成策略
4.3 三相四开关逆变器零电压矢量及PWM合成策略
4.3.1 三相四开关逆变器“零电压矢量”问题及合成策略
4.3.2 三相四开关逆变器PWM合成策略及输出相电压波形
4.4 基于三相四开关逆变器的IPMSM无位置传感器检测方法
4.4.1 高频旋转电压注入方法
4.4.2 控制系统框图及无位置检测方案
4.5 仿真及实验验证
4.5.1 仿真验证
4.5.2 实验验证
4.6 本章小结
第五章 基于单电流传感器的三相四开关IPMSM无位置传感器检测方法
5.1 基于单电流传感器的三相四开关逆变器拓扑
5.1.1 单电流传感器检测相电流解决思路
5.1.2 电路拓扑及电流流向分析
5.2 三相四开关逆变器相电流重构技术
5.2.1 相电流重构死区分析
5.2.2 新型矢量合成策略
5.3 基于相电流重构技术的三相四开关“等效零矢量”合成策略
5.3.1 采用两个基本电压矢量合成“等效零矢量”的方法及缺点分析
5.3.2 针对相电流重构技术的“等效零矢量”合成方法
5.4 PWM合成策略及电流采样在微处理器中的实现方法
5.4.1 PWM合成策略及电流采样点设置方法
5.4.2 PWM及电流采样在微处理器中的实现
5.5 仿真及实验验证
5.5.1 仿真验证
5.5.2 实验验证
5.6 本章小结
第六章 基于单电流传感器的相电流重构误差分析及补偿策略
6.1 相电流重构误差现象及问题的引出
6.2 “相电流重构固有误差”产生原因的分析
6.2.1 非解耦相电流重构策略误差分析
6.2.2 瞬时采样代替平均电流导致的相电流重构误差分析
6.3 “相电流重构固有误差”补偿思路
6.3.1 内置式永磁同步电机相电流在不同开关状态下的“变化率”
6.3.2 相电流重构误差补偿思路
6.3.3 补偿方案的推广方法
6.4 仿真及实验验证
6.4.1 “相电流重构固有误差”验证
6.4.2 “相电流重构固有误差”补偿思路验证
6.5 本章小结
第七章 结论及展望
7.1 论文主要研究工作
7.2 论文不足与后续工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 刘景林,鲁家栋. 电工技术学报. 2016(23)
[2]永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 鲁家栋,刘景林,卫丽超. 电工技术学报. 2015(07)
[3]基于旋转高频信号法的IPMSM无位置传感器控制[J]. 于艳君,柴凤,欧景,高宏伟. 电工技术学报. 2013(07)
[4]永磁同步电机转子初始位置的检测方法[J]. 王冉珺,刘恩海. 电机与控制学报. 2012(01)
[5]内置式永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 王高林,杨荣峰,于泳,徐殿国. 中国电机工程学报. 2010(30)
[6]容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统[J]. 赵克,安群涛,孙力,叶伟. 电机与控制学报. 2010(04)
[7]改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 周元钧,蔡名飞. 电机与控制学报. 2010(03)
[8]基于容错逆变器的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 孙丹,贺益康,何宗元. 浙江大学学报(工学版). 2007(07)
[9]无电流传感器的四开关三相无刷直流电机驱动控制新策略[J]. 符强,林辉,贺博,张海涛. 中国电机工程学报. 2006(17)
[10]四开关三相无刷直流电机的直接电流控制[J]. 符强,林辉,贺博. 中国电机工程学报. 2006(04)
博士论文
[1]无位置传感器无刷直流电机关键控制技术研究[D]. 朱俊杰.中南大学 2014
[2]永磁同步电机脉振高频信号注入无位置传感器技术研究[D]. 刘颖.南京航空航天大学 2012
[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]无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D]. 李自成.华中科技大学 2010
本文编号：3592304
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无位置传感器控制技术
1.2.2 相电流重构技术
1.2.3 逆变器故障及三相四开关控制策略
1.2.4 多部件故障的复合容错控制关键技术
1.3 论文主要研究内容
第二章 内置式永磁同步电机初始位置检测方法
2.1 常用的内置式永磁同步电机初始定位方法
2.1.1 凸极电机和隐极电机
2.1.2 “预定位”方法
2.1.3 脉冲电压信号注入法
2.1.4 旋转高频信号注入法
2.2 内置式永磁同步电机高频数学模型
2.3 基于高频电流幅值的初始位置检测方法
2.3.1 初始位置估计方法
2.3.2 波形幅值提取算法
2.3.3 转子NS极性辨别
2.4 基于高频电流正负序分量相角差的初始位置检测方法
2.4.1 高精度初始位置估计方法
2.4.2 正负序分量相角提取算法
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第三章 基于单电流传感器的IPMSM无位置传感器检测方法
3.1 基于母线电流传感器的相电流重构原理
3.2 基于母线电流传感器的三相电流解耦重构策略
3.2.1 三相电流的解耦重构方法
3.2.2 基于三相电流解耦重构的新型矢量合成策略
3.2.3 “α-β坐标系旋转变化法”在三相电流解耦重构策略中的应用
3.2.4 基于三相电流解耦重构的PWM合成及母线电流采样策略
3.3 基于单电流传感器的无位置传感控制策略实施方案
3.4 实验验证
3.4.1 相电流重构策略验证
3.4.2 基于相电流重构技术的无位置传感器检测验证
3.5 本章小结
第四章 基于三相四开关逆变器的IPMSM无位置传感器检测方法
4.1 三相四开关逆变器拓扑结构
4.1.1 逆变器开关管开路故障对有效矢量及输出范围的影响
4.1.2 三相四开关逆变器拓扑结构
4.2 三相四开关逆变器基本电压矢量及输出矢量合成策略
4.2.1 三相四开关逆变器基本电压矢量及扇区划分
4.2.2 三相四开关逆变器k-l坐标系及矢量合成策略
4.3 三相四开关逆变器零电压矢量及PWM合成策略
4.3.1 三相四开关逆变器“零电压矢量”问题及合成策略
4.3.2 三相四开关逆变器PWM合成策略及输出相电压波形
4.4 基于三相四开关逆变器的IPMSM无位置传感器检测方法
4.4.1 高频旋转电压注入方法
4.4.2 控制系统框图及无位置检测方案
4.5 仿真及实验验证
4.5.1 仿真验证
4.5.2 实验验证
4.6 本章小结
第五章 基于单电流传感器的三相四开关IPMSM无位置传感器检测方法
5.1 基于单电流传感器的三相四开关逆变器拓扑
5.1.1 单电流传感器检测相电流解决思路
5.1.2 电路拓扑及电流流向分析
5.2 三相四开关逆变器相电流重构技术
5.2.1 相电流重构死区分析
5.2.2 新型矢量合成策略
5.3 基于相电流重构技术的三相四开关“等效零矢量”合成策略
5.3.1 采用两个基本电压矢量合成“等效零矢量”的方法及缺点分析
5.3.2 针对相电流重构技术的“等效零矢量”合成方法
5.4 PWM合成策略及电流采样在微处理器中的实现方法
5.4.1 PWM合成策略及电流采样点设置方法
5.4.2 PWM及电流采样在微处理器中的实现
5.5 仿真及实验验证
5.5.1 仿真验证
5.5.2 实验验证
5.6 本章小结
第六章 基于单电流传感器的相电流重构误差分析及补偿策略
6.1 相电流重构误差现象及问题的引出
6.2 “相电流重构固有误差”产生原因的分析
6.2.1 非解耦相电流重构策略误差分析
6.2.2 瞬时采样代替平均电流导致的相电流重构误差分析
6.3 “相电流重构固有误差”补偿思路
6.3.1 内置式永磁同步电机相电流在不同开关状态下的“变化率”
6.3.2 相电流重构误差补偿思路
6.3.3 补偿方案的推广方法
6.4 仿真及实验验证
6.4.1 “相电流重构固有误差”验证
6.4.2 “相电流重构固有误差”补偿思路验证
6.5 本章小结
第七章 结论及展望
7.1 论文主要研究工作
7.2 论文不足与后续工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 刘景林,鲁家栋. 电工技术学报. 2016(23)
[2]永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 鲁家栋,刘景林,卫丽超. 电工技术学报. 2015(07)
[3]基于旋转高频信号法的IPMSM无位置传感器控制[J]. 于艳君,柴凤,欧景,高宏伟. 电工技术学报. 2013(07)
[4]永磁同步电机转子初始位置的检测方法[J]. 王冉珺,刘恩海. 电机与控制学报. 2012(01)
[5]内置式永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 王高林,杨荣峰,于泳,徐殿国. 中国电机工程学报. 2010(30)
[6]容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统[J]. 赵克,安群涛,孙力,叶伟. 电机与控制学报. 2010(04)
[7]改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法[J]. 周元钧,蔡名飞. 电机与控制学报. 2010(03)
[8]基于容错逆变器的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 孙丹,贺益康,何宗元. 浙江大学学报(工学版). 2007(07)
[9]无电流传感器的四开关三相无刷直流电机驱动控制新策略[J]. 符强,林辉,贺博,张海涛. 中国电机工程学报. 2006(17)
[10]四开关三相无刷直流电机的直接电流控制[J]. 符强,林辉,贺博. 中国电机工程学报. 2006(04)
博士论文
[1]无位置传感器无刷直流电机关键控制技术研究[D]. 朱俊杰.中南大学 2014
[2]永磁同步电机脉振高频信号注入无位置传感器技术研究[D]. 刘颖.南京航空航天大学 2012
[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]无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D]. 李自成.华中科技大学 2010
本文编号：3592304
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