电动车用永磁同步电机无传感器矢量控制研究

发布时间：2017-09-11 20:06

  本文关键词：电动车用永磁同步电机无传感器矢量控制研究

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【摘要】：针对当今世界越发严重的环境污染和能源紧缺问题,通过数据分析表明,机动车是造成问题的主要原因。研发新能源汽车是解决上述问题的主要手段,而新能源汽车的关键部件是电机。永磁同步电机(PMSM)凭借其高功率密度、高效的运行效率、体积小等优势成为现代电动汽车驱动系统首选的驱动电机。PMSM矢量控制系统中,需要在永磁同步电机主轴侧安装位置传感器来获取电机转速和转子位置,而电动汽车用电机的工作环境相对恶劣,这极大的增加了电动车的后期维修成本,并且影响车用电机控制系统的稳定性。因此,无位置传感器技术应运而生,也是诸多学者研究的热点问题。无位置传感器控制技术包含开环控制技术和闭环控制技术,开环控制技术在受到外界干扰的情况下估算精度不高,误差较大。闭环控制技术能很快地跟踪系统输出,有效削弱噪声和环境干扰。本文针对车用永磁同步电机驱动系统的特点,提出基于新型滑模观测器(Sliding Mode Observer, SMO)、高频注入法(High Frequency Inj ection, HFI)和模型参考自适应(Model Reference Adaptive System, MRAS)三种无位置传感器控制策略,建立了基于三种控制策略的系统模型,仿真分析验证了三种方法可行性。滑模变结构控制具有算法简单,在PMSM无传感器控制中动态响应非常快的优点。本文基于电流误差方程,设计了滑模观测器(SMO),采用反正切函数代替符号函数来减小了系统抖振。但是,由于滑模控制理论需要采集永磁同步电机的反电势,在电机启动和低速段,反电势非常微弱很难采集。因此,针对滑膜变结构控制存在的问题,提出了基于高频注入法(HFI)估算永磁同步电机转速和转子位置的方法,在高频注入估算过程中,加入了大量的滤波器,造成永磁同步电机在高速段的稳定性大大下降甚至失真。论文最后将上述两种控制策略结合,实现了永磁同步电机全速范围内无传感器矢量控制中对转速和转子位置的估计。此方法适用于凸极结构明显的车用驱动电机,具有很高的估算精度。当电动车上采用凸极结构不明显的电机时,凸极识别精度不高,无法提取有用信息,分离无用信息。因此,本文最后又提出适用于此类型电机的估算方法,即模型参考自适应控制(MRAS)。将永磁同步电机方程作为参考模型而定子电流方程作为可调模型设计模型参考自适应观测器,最终实现对永磁同步电机转速和转子位置的估算。通过仿真验证,模型参考自适应控制算法更简单、实现更容易、转速估算范围更广、在低速和高速段都有很好的估算精度。
【关键词】：电动汽车 永磁同步电机 矢量控制 滑模观测器 高频注入法 模型参考自适应系统
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 电动汽车及动力系统介绍10-14
• 1.2.1 电动汽车的构成与原理10-11
• 1.2.2 车用电机类型及性能比较11-13
• 1.2.3 车用电机驱动系统结构与性能要求13-14
• 1.3 永磁同步电机14-15
• 1.4 永磁同步电机控制策略15-16
• 1.5 永磁同步电机无传感器控制方法研究进展16-17
• 1.6 本文主要工作和研究内容17-19
• 2 永磁同步电机矢量控制实现与仿真19-35
• 2.1 坐标变换原理19-23
• 2.1.1 三相静止ABC轴系到两相静止αβ轴系的坐标变换19-20
• 2.1.2 两相静止αβ轴系到任意旋转dq轴系的变换20-22
• 2.1.3 三相静止ABC轴系到任意旋转dq轴系的变换22-23
• 2.2 永磁同步电机的数学模型23-25
• 2.2.1 PMSM在ABC坐标系下的数学模型23-24
• 2.2.2 PMSM在αβ坐标系下的数学模型24
• 2.2.3 PMSM在dq坐标系下的数学模型24-25
• 2.3 空间矢量脉宽调制技术25-34
• 2.3.1 空间矢量脉宽调制计算过程27-29
• 2.3.2 永磁同步电机矢量控制系统的仿真29-34
• 2.4 小结34-35
• 3 基于新型复合观测器的PMSM全速范围内无传感器矢量控制35-52
• 3.1 滑模控制理论介绍35-36
• 3.2 基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制36-41
• 3.2.1 永磁同步电机数学模型36-37
• 3.2.2 滑模观测器的设计及转子位置和转速估算的实现37-41
• 3.3 基于新型滑模观测器PMSM转子位置和转速估算的仿真分析41-43
• 3.4 高频注入法43
• 3.5 基于高频注入法的PMSM无传感器转速估计的实现43-45
• 3.6 基于高频注入法的PMSM无传感器控制系统的仿真分析45-48
• 3.7 全速范围内新型控制策略48-51
• 3.7.1 全速范围内新型复合观测器的设计48-49
• 3.7.2 全速范围内新型复合观测器的仿真分析49-51
• 3.8 小结51-52
• 4 基于模型参考自适应控制(MRAS)的PMSM无传感器矢量控制52-65
• 4.1 模型参考自适应理论52-54
• 4.1.1 模型参考自适应的基本原理52-53
• 4.1.2 基于超稳定性理论的模型参考自适应53-54
• 4.2 基于模型参考自适应的永磁同步电机转速估算54-58
• 4.2.1 永磁同步电机的数学模型54-55
• 4.2.2 基于MRAS的永磁同步电机转速估计过程55-58
• 4.3 基于MRAS的PMSM无位置传感器矢量控制系统的仿真58-64
• 4.4 小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吉智;何凤有;;凸极永磁同步电机电流控制方法研究[J];电气传动;2011年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 朱小燕;电动汽车交流驱动电机矢量控制算法的研究[D];安徽大学;2012年

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本文编号：832790