永磁电机宽速域运行无位置传感器控制策略研究

发布时间：2020-04-28 16:17

【摘要】：永磁同步电机因高效率和高功率密度等优点被广泛应用于工业领域。无位置传感器驱动技术可以降低系统的成本并提高可靠性,成为了目前的研究热点,该技术能在零低速和中高速获取转子的位置信息。然而,零低速的位置估计策略存在着高频噪音污染、依赖数字滤波器以及精度低等问题;中高速的位置估计方案则易受逆变器非线性和空间谐波的干扰。因此,针对传统方法存在的问题,本文对相应的解决方案进行研究。首先,研究基于低频脉冲电压注入的低噪音零低速转子位置估计策略。通过分离控制周期和注入周期,并降低注入信号的频率,以解决高频噪音污染的问题。为提升位置观测的精度,提出基于空间傅里叶级数的矢量观测器,并分析估计误差对观测器的影响。采用了陷波滤波器的谐波消除方案,提升转子位置估计的精度,从而在降低噪音污染的同时,也能保证位置估计的准确性。然后,为了提升零低速下的系统稳定性和位置估计精度,研究一种基于静止轴系正交方波电压注入的无位置传感器控制方案。正交方波电压在静止轴系下注入,因此不需要估计旋转轴系信息,保证了位置收敛的准确性。信号处理过程以离散序列的形式建立,通过简单的加减运算,位置信号即可从高频电流中被提取,无需使用低通滤波器。同时考虑并消除高通滤波器和系统延迟产生的负面影响,进一步提高了电机在零低速下的无传感器控制的位置估计精度。在零低速位置估计策略的研究基础上,提出一种基于交叉解耦复数滤波的中高速位置估计方法。中高速运行时的转子位置可以通过滑模观测器估计的反电势得到。同时分析逆变器非线性和空间谐波对位置估计精度的影响,提出基于交叉解耦复数滤波的位置观测方案,并设计频率自适应环节,实现谐波的动态消除,提高了电机中高速运行时的位置估计精度和控制性能。为实现永磁同步电机全速域无位置传感器运行,结合零低速和中高速的位置估计方案,设计切换过程,实现两种方案的平滑切换。最后,在理论分析的基础上,通过Matlab/Simulink和2.2k W永磁电机对拖平台对提出的方法分别进行了仿真和实验验证。结果表明,本文提出的位置估计策略能较好的实现既定的目标,提升了永磁电机无传感器驱动系统的性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】