永磁同步电机全速度无传感器控制研究
发布时间：2022-02-09 15:11
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其具备功率密度大、响应快、控制性能优越等一系列的优点,近年来在诸多领域得到了应用。本文所采用的控制策略为矢量控制策略。传统的矢量控制需要通过位置传感器获取相应的位置信息从而完成闭环控制,然而,由于传统的位置传感器具有成本高,可靠性差等一系列的缺点,因此,利用电流电压信号来估测电机转子位置角的方法得到越来越多人的重视。对无传感器控制方法比较之后,设计了 I/f流频比开环启动与基于干扰观测器相结合的全速度范围内的永磁同步电机无传感器控制的控制方法。本文主要内容如下:1.在矢量控制策略的基础之上研究了两种永磁同步电机初始位置定位的方法—预定位法,设计了该种方法的控制模型,并运用Matlab仿真验证这种方法的准确性。在初始位置确定后,提出了基于I/f开环启动策略,运用Matlab仿真验证了这种方法的准确性。最后,当电机在零低速范围内启动成功后,提出了平滑切换至中高速闭环控制的方法。2.在中高速范围内的无传感器控制当中,提出了基于干扰观测器估测扩展反电动势的无传感器控制方法。本文分别介绍了基于隐极机和...
【文章来源】：北京交通大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一永磁同步电机矢量控制图
Ｆｉｇ．２－３?ｉｄ?＝?０?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｓｔｒａｔｅｇｙ?Ｂｌｏｃｋ?Ｄｉａｇｒａｍ??（２）最大转矩电流比控制（ＭＴＰＡ）：该控制策略旨在用最小的电流幅值发??出特定的电磁转矩。在这种方法当中，如果忽略掉电机铁芯的消耗，电机的消耗??与电机的电流幅值呈正相关。这种方法可以充分利用凸极机的磁阻转矩，尽可能??的缩小电机的电流损耗，从而提高电机的效率。这种方法在凸极机的控制当中有??很多的应用［３９￣＾。??在凸极机当中，需要通过ＭＴＰＡ算法给出相应的ｉｄ，?ｉｑ电流。在ｄ－ｑ坐标系??当中，假设给定的电流幅值为／，，定子电流可以写成以下的这种形式（５表示的??是电流矢量与ｄ轴的夹角）：??［／?＝?Ｉ?ｓｉｎ?８??＼?ｑ?８?０?（２－１３）??［ｉｄ＝Ｉｓｃｏｓｄ??现在将方程（２－１２）代入矩阵方程当中，就会有：??Ｔｅ＝＾ＰｎＩｓＳｉｎＳ［ｖ／ｆ＋?（Ｌｄ?－Ｌ．Ｖｓ?ＣＯＳ?５?］?（２－１４）??根据ＭＴＰＡ控制的定义，如果需要采用ＭＴＰＡ控制，则需要求出转矩与电流??
解出（２－１６）的方程，因可：??■?３＝，＋如｝＋咖立?（２－１７）??＾Ｌｄ－Ｌｑ）Ｉｓ??结合方程（２－１７）中的关系可以得出，此时ｉｑ的值为：??ｉｑ＝４＾?＾２－１８）??结合方程（２－１７）和方程（２－１８）可以得知，当电机电流夹角处于最大转矩电??流比夹角时，电机的ｉｄ，?ｉｑ电流轨迹方程为：??＋?穴?（２－１９）??２（Ｚ，－々）??由上面的（２－１９）可以画出在同一个凸极机中ｉｄ与ｉｑ的电流轨迹并且与＆?＝０??控制的电流轨迹进行对比。通过对比得知，当ｑ轴电流不断增加的时候，ｄ轴电流??会负向增加，此时的电流矢量Ｉｓ与ｄ轴的夹角也在不断地增大。并且根据ＭＴＰＡ??算法与０算法所得出的转矩进行对比可以得知，在相同的转矩指令当中，ＭＴＰＡ??算法可以输出更大的电磁转矩。图２－４所表示的是在使用同一个凸极机的情况下??ＭＴＰＡ与ｉｄ＝０控制电流轨迹以及转矩曲线的对比。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机调速控制系统的设计[J]. 薛海明,薛洪森. 山东工业技术. 2019(08)
[2]基于扰动观测器和推力观测器的永磁直线同步电机推力控制研究[J]. 季明丽,钱厚亮. 机电工程. 2019(03)
[3]基于PMSM的无传感器控制技术的研究[J]. 胡霞,李淑贤. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]矢量控制交流调速系统的研究[J]. 张骏华. 集成电路应用. 2019(01)
[5]基于无滤波器高频方波注入的IPMSM无传感器控制策略[J]. 傅睿潇,黄守道,王海龙,王家堡. 大电机技术. 2018(06)
[6]用于无刷直流电机无位置控制的转子磁链观测器设计[J]. 徐波,杨烨. 电工电气. 2018(11)
[7]基于改进脉振注入法的永磁直线电机无传感器低速控制[J]. 李星雨,杜锦华,梁得亮,黄龙飞,娄建勇. 电机与控制学报. 2018(12)
[8]反电动势积分法永磁同步电机无传感器模型[J]. 王旭东,吴勇,李启东,刘涛. 科技创新导报. 2018(24)
[9]内置式永磁同步电机的无位置传感器控制研究[J]. 李政,魏峥嵘,李祥,夏俊. 机械制造与自动化. 2018(04)
[10]IPMSM混合式无位置传感器调速系统研究[J]. 王金玉,李飞,赵永忠,胡明哲. 自动化仪表. 2018(02)
博士论文
[1]永磁同步电机无传感器矢量控制技术研究[D]. 陆婋泉.东南大学 2016
硕士论文
[1]永磁同步电机的抗干扰控制方法研究[D]. 陈洁新.北京化工大学 2017
[2]永磁同步电机全速范围无位置传感器运行控制技术研究[D]. 张金娈.北京交通大学 2017
[3]基于扰动观测器的永磁同步电机调速系统控制[D]. 许彦卿.东南大学 2016
[4]地铁永磁同步电机驱动系统传感器故障诊断[D]. 李永新.西南交通大学 2016
[5]永磁同步电机直接转矩控制策略的研究[D]. 魏祥林.兰州理工大学 2008
[6]基于DSP的永磁同步电机控制方法研究[D]. 林海.西北工业大学 2007
[7]永磁同步电机高性能调速控制系统研究[D]. 胡奇锋.浙江大学 2004
本文编号：3617228
【文章来源】：北京交通大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一永磁同步电机矢量控制图
Ｆｉｇ．２－３?ｉｄ?＝?０?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｓｔｒａｔｅｇｙ?Ｂｌｏｃｋ?Ｄｉａｇｒａｍ??（２）最大转矩电流比控制（ＭＴＰＡ）：该控制策略旨在用最小的电流幅值发??出特定的电磁转矩。在这种方法当中，如果忽略掉电机铁芯的消耗，电机的消耗??与电机的电流幅值呈正相关。这种方法可以充分利用凸极机的磁阻转矩，尽可能??的缩小电机的电流损耗，从而提高电机的效率。这种方法在凸极机的控制当中有??很多的应用［３９￣＾。??在凸极机当中，需要通过ＭＴＰＡ算法给出相应的ｉｄ，?ｉｑ电流。在ｄ－ｑ坐标系??当中，假设给定的电流幅值为／，，定子电流可以写成以下的这种形式（５表示的??是电流矢量与ｄ轴的夹角）：??［／?＝?Ｉ?ｓｉｎ?８??＼?ｑ?８?０?（２－１３）??［ｉｄ＝Ｉｓｃｏｓｄ??现在将方程（２－１２）代入矩阵方程当中，就会有：??Ｔｅ＝＾ＰｎＩｓＳｉｎＳ［ｖ／ｆ＋?（Ｌｄ?－Ｌ．Ｖｓ?ＣＯＳ?５?］?（２－１４）??根据ＭＴＰＡ控制的定义，如果需要采用ＭＴＰＡ控制，则需要求出转矩与电流??
解出（２－１６）的方程，因可：??■?３＝，＋如｝＋咖立?（２－１７）??＾Ｌｄ－Ｌｑ）Ｉｓ??结合方程（２－１７）中的关系可以得出，此时ｉｑ的值为：??ｉｑ＝４＾?＾２－１８）??结合方程（２－１７）和方程（２－１８）可以得知，当电机电流夹角处于最大转矩电??流比夹角时，电机的ｉｄ，?ｉｑ电流轨迹方程为：??＋?穴?（２－１９）??２（Ｚ，－々）??由上面的（２－１９）可以画出在同一个凸极机中ｉｄ与ｉｑ的电流轨迹并且与＆?＝０??控制的电流轨迹进行对比。通过对比得知，当ｑ轴电流不断增加的时候，ｄ轴电流??会负向增加，此时的电流矢量Ｉｓ与ｄ轴的夹角也在不断地增大。并且根据ＭＴＰＡ??算法与０算法所得出的转矩进行对比可以得知，在相同的转矩指令当中，ＭＴＰＡ??算法可以输出更大的电磁转矩。图２－４所表示的是在使用同一个凸极机的情况下??ＭＴＰＡ与ｉｄ＝０控制电流轨迹以及转矩曲线的对比。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机调速控制系统的设计[J]. 薛海明,薛洪森. 山东工业技术. 2019(08)
[2]基于扰动观测器和推力观测器的永磁直线同步电机推力控制研究[J]. 季明丽,钱厚亮. 机电工程. 2019(03)
[3]基于PMSM的无传感器控制技术的研究[J]. 胡霞,李淑贤. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]矢量控制交流调速系统的研究[J]. 张骏华. 集成电路应用. 2019(01)
[5]基于无滤波器高频方波注入的IPMSM无传感器控制策略[J]. 傅睿潇,黄守道,王海龙,王家堡. 大电机技术. 2018(06)
[6]用于无刷直流电机无位置控制的转子磁链观测器设计[J]. 徐波,杨烨. 电工电气. 2018(11)
[7]基于改进脉振注入法的永磁直线电机无传感器低速控制[J]. 李星雨,杜锦华,梁得亮,黄龙飞,娄建勇. 电机与控制学报. 2018(12)
[8]反电动势积分法永磁同步电机无传感器模型[J]. 王旭东,吴勇,李启东,刘涛. 科技创新导报. 2018(24)
[9]内置式永磁同步电机的无位置传感器控制研究[J]. 李政,魏峥嵘,李祥,夏俊. 机械制造与自动化. 2018(04)
[10]IPMSM混合式无位置传感器调速系统研究[J]. 王金玉,李飞,赵永忠,胡明哲. 自动化仪表. 2018(02)
博士论文
[1]永磁同步电机无传感器矢量控制技术研究[D]. 陆婋泉.东南大学 2016
硕士论文
[1]永磁同步电机的抗干扰控制方法研究[D]. 陈洁新.北京化工大学 2017
[2]永磁同步电机全速范围无位置传感器运行控制技术研究[D]. 张金娈.北京交通大学 2017
[3]基于扰动观测器的永磁同步电机调速系统控制[D]. 许彦卿.东南大学 2016
[4]地铁永磁同步电机驱动系统传感器故障诊断[D]. 李永新.西南交通大学 2016
[5]永磁同步电机直接转矩控制策略的研究[D]. 魏祥林.兰州理工大学 2008
[6]基于DSP的永磁同步电机控制方法研究[D]. 林海.西北工业大学 2007
[7]永磁同步电机高性能调速控制系统研究[D]. 胡奇锋.浙江大学 2004
本文编号：3617228
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