永磁同步电机无位置传感器控制关键问题研究

发布时间：2017-10-01 19:02

  本文关键词：永磁同步电机无位置传感器控制关键问题研究

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【摘要】：永磁同步电机凭借其体积小、功率密度高、噪音低、动态响应快等优点,广泛应用于船舶电力推进、风力发电等领域。为了提高电机控制系统的安全性、可靠性和经济性,采用无位置传感器的永磁同步电机矢量控制已经成为研究的热点领域。由于目前尚无一种有效控制策略能够满足永磁同步电机在全速度范围内转子位置辨识精度的要求,因而普遍采用在电机的不同运行阶段选取不同位置辨识策略的方法。本课题是以船用电力推进系统中的永磁同步电机为研究对象,针对无位置传感器控制在全速范围内的三个关键问题——静止启动、中高速位置辨识和控制系统性能影响因素进行了深入的研究。主要完成的工作和成果为:1、为提取反电动势信息,基于滑模变结构的原理建立了永磁同步电机转子位置辨识策略,并应用到中高速无位置传感器控制中。为削弱因滑模变结构工作机制引入的抖振现象,设计了全新的滑模变状态观测器和位置提取单元:一是通过引入“准滑动模态”边界层的概念,采用饱和函数替代传统的开关函数;二是结合采用低通滤波器和锁相环,在不考虑反电动势相位延迟的基础上实现了转子位置的精确辨识。2、针对低速和零速工况下因电机反电动势过小而无法有效提取的问题,懫用I/F启动的方法,实现了电机的可靠启动,并且做到了启动电流的可控可调。为避免因角度切换使得转速出现大范围的波动,本文通过在开环I/F启动和滑模变结构位置辨识闭环之间设置转速闭环、位置延时闭环的过渡阶段,实现了电机转速在阶段切换过程中的平稳变化。3、研究了影响无位置传感器矢量控制系统性能的因素。着重分析了电机参数偏差对滑模变结构位置辨识策略的影响,提出了一种根据参数偏差和定子电流计算辨识位置误差的统一算法;其次分析了非理想采样电流中的谐波成分和数字控制计算延时对位置辨识的影响。4、在Matlab/Simulink环境下对滑模变结构中高速位置辨识算法、I/F静止启动算法和无位置传感器控制系统性能影响因素进行了仿真分析,并在实验室的硬件平台上,验证了该文理论分析的正确性和所提策略的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 位置辨识 滑模变结构 I/F起动 参数偏差
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及其研究意义10-11
• 1.2 课题研究现况11-16
• 1.3 本文研究内容和论文章节结构16-19
• 第二章 永磁同步电机矢量控制19-30
• 2.1 永磁同步电机结构组成19-20
• 2.2 永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型20-24
• 2.3 永磁同步电机矢量控制24-27
• 2.4 仿真验证27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 永磁同步电机全速度范围内无位置传感器矢量控制30-52
• 3.1 滑模变结构基础介绍30-36
• 3.1.1 滑模变结构基本原理30-34
• 3.1.2 滑模变结构的抖振产生问题以及削弱措施34-36
• 3.2 基于滑模变结构的永磁同步电机无位置辨识策略36-41
• 3.2.1 滑模变结构的位置辨识基本原理36-40
• 3.2.2 基于锁相环的新型滑模变结构位置辨识策略40-41
• 3.3 永磁同步电机全速范围内无位置传感器控制41-45
• 3.3.1 I/F开环启动阶段41-44
• 3.3.2 切换过渡阶段44-45
• 3.4 无位置传感器控制仿真验证45-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 无位置传感器控制性能研究52-71
• 4.1 无位置传感器控制性能影响因素52-53
• 4.2 参数偏差对无位置传感器控制算法性能影响分析53-65
• 4.2.1 参数偏差对辨识算法稳定性影响分析53-56
• 4.2.2 参数偏差对辨识位置影响分析56-65
• 4.3 采样电流非理想对位置辨识影响分析65-68
• 4.4 数字控制对无位置传感器控制影响分析68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 永磁同步电机无位置传感器实验71-82
• 5.1 永磁同步电机数字控制系统设计71-72
• 5.2 永磁同步电机无位置传感器实验验证72-78
• 5.2.1 I/F开环启动实验72-74
• 5.2.2 滑模变结构位置辨识精度验证实验74-78
• 5.3 参数偏差对位置辨识误差影响实验验证78-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 全文工作总结与展望82-84
• 6.1 全文工作总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89

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本文编号：955097