永磁电机低成本矢量控制系统关键问题研究

发布时间：2017-09-03 02:18

  本文关键词：永磁电机低成本矢量控制系统关键问题研究

  更多相关文章： 永磁电机 低成本 霍尔位置传感器 电流采样 矢量控制

【摘要】：正弦波驱动永磁电机矢量控制系统以其优越的性能备受国内外学者关注。但是对于诸如电动自行车等存在成本要求的应用场合,高昂的位置传感器、电流传感器、驱动功率模块等成为制约其应用的主要因素。本文设计了低成本永磁电机矢量控制系统,并在软件算法上进行了优化,力求控制器成本低廉且性能优越。为得到高精度转子位置信息,通常采用旋转变压器或光电编码器,但其价格普遍较高。相比之下,开关型霍尔位置传感器具有成本低的优势。但由于其输出的位置信息连续性差,对于正弦波驱动的永磁电机而言,转子位置信息误差大。为此,本文通过角度估算得到高分辨率的转子位置信息,并在角度零阶估算算法的基础上,设计优化算法,以提高估算精度。矢量控制系统中,需要实时获得三相电流信息。出于成本考虑,本文使用采样电阻取代电流霍尔传感器。研究逆变桥臂串联三电阻和MOSFET导通电阻采样算法,着重分析电流采样点分布,提高最大调制比以获得直流母线电压高利用率;研究单电阻采样相电流重构算法,通过有效矢量插入解决非观测区电流采样难点,实现全区域采样。对于由蓄电池组供电的电机驱动系统,电机的转速输出受直流电源测电压的限制。为拓宽电机的调速范围,设计了基于直流母线电压反馈的弱磁升速方案;为保证电机控制系统在位置传感器故障情况下仍具有驱动能力,研究了无位置传感器的永磁电机驱动技术;考虑基于传统反电动势法存在起动困难问题,提出了短时电压矢量注入的起动方式;同时分析了二极管续流对反电动势过零检测的影响,提出提前导通交叉换相的换相策略;为提高电机制动性能,设计了柔性能量回馈制动。最后完成了相关实验验证,实验结果与理论分析相吻合。
【关键词】：永磁电机 低成本 霍尔位置传感器 电流采样 矢量控制
【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】：2015
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景和意义8
• 1.2 应用霍尔位置传感器的永磁电机驱动技术研究现状8-10
• 1.3 低成本永磁电机矢量控制系统电流检测方法研究现状10-14
• 1.3.1 电机绕组电流检测方法10-11
• 1.3.2 单电阻采样相电流重构技术11-14
• 1.4 低成本永磁电机系统性能优化研究现状14-16
• 1.4.1 永磁电机弱磁升速控制14-15
• 1.4.2 无位置传感器永磁电机驱动技术15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 第2章 转速和位置检测方法17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 霍尔位置传感器机械安装与误差调节17-19
• 2.3 霍尔位置传感器转速计算和位置估算方法19-21
• 2.4 霍尔位置传感器转子位置估算优化算法21-28
• 2.4.1 速度调节器分段PI调节21
• 2.4.2 霍尔定时器计数分频系数21-22
• 2.4.3 多区间计算平均速度方法22-23
• 2.4.4 角度修正次数23-25
• 2.4.5 角度估算的一阶算法及其改进算法25-27
• 2.4.6 霍尔区间边界线性校正27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 绕组电流检测方法29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 三电阻检测方法29-35
• 3.2.1 三电阻检测方法采样点分析29-33
• 3.2.2 三MOSFET导通电阻检测方法原理分析33
• 3.2.3 三电阻检测方法电流调理电路设计33-35
• 3.3 三电阻检测方法实验验证35-37
• 3.4 单电阻采样相电流重构方法37-41
• 3.4.1 单电阻采样相电流重构方法原理及技术难点分析37-38
• 3.4.2 单电阻采样相电流重构方法技术难点解决方案38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 系统性能优化方法42-57
• 4.1 引言42
• 4.2 永磁电机弱磁升速控制42-46
• 4.2.1 弱磁控制原理42-44
• 4.2.2 弱磁控制闭环设计44-45
• 4.2.3 弱磁区域电流调节器修正设计45-46
• 4.3 永磁电机无位置传感器控制46-55
• 4.3.1 无位置传感器控制系统设计47-49
• 4.3.2 短时电压矢量注入起动方式49-53
• 4.3.3 二极管续流对反电动势过零检测的影响53-55
• 4.4 柔性能量回馈制动55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 附录 系统效率测试62-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王平;厉虹;王道武;;小容量变频器三电阻采样电流合成方法实现[J];电气自动化;2014年01期

2 李岳;徐鸣;黄跃进;顾江萍;沈希;;基于单电阻的变频压缩机相电流重构方法[J];机电工程;2013年04期

3 王帆;陈阳生;;不同PWM模式下交流电机单电阻三相电流采样的研究[J];机电工程;2013年05期

4 邹继斌,张豫,李宗政,王强,李春廷;无位置传感器无刷直流电机驱动电路的研究[J];微电机(伺服技术);1999年02期

5 孙立志,陆永平,邓召春;永磁同步电动机再生制动状态的分析与仿真[J];微特电机;1997年06期

，

本文编号：782288