电动汽车空调IPMSM无位置传感器控制系统关键技术研究

发布时间：2020-08-24 14:21

【摘要】：为了实现永磁同步电机的精确控制,需要对电机转子位置进行辨识。传统的电机转子位置的辨识是通过位置传感器,但增加了系统体积,降低了可靠性。所以需要对无位置传感器技术进行研究,然而无位置传感器技术需要精确的电机参数实现转子位置的辨识。在电机实际运行工况中,电机参数易受磁饱和度和温度的影响,所以还需要对电机参数进行在线辨识。本文介绍了永磁同步电机的结构、分类、特点,在此基础上用坐标转换的方法建立了内置式永磁同步电机的数学模型,提出了矢量控制策略。研究了基于改进磁链观测器的无位置传感器技术和基于仿射投影算法的电机参数在线辨识,搭建了仿真模型和实验平台。仿真和实验结果表明设计的内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统具有良好的运行性能。针对传统的磁链观测器采用纯积分器带来的积分饱和和直流偏置的问题,采用了一阶低通滤波器代替纯积分器,对低通滤波器带来的幅值衰减和相位超前的问题设计了幅值限定积分补偿器进行补偿,最后通过锁相环实现了电机转子位置和转速的辨识。针对无位置传感器技术中电机参数易受磁饱和度和温度的影响,设计了基于仿射投影算法的电机参数辨识。通过设置两个不同的采样时间分别辨识交直轴电感和定子电阻、永磁体磁链,解决了电机多参数在线辨识存在的欠秩问题。最后将辨识的参数值更新到基于改进磁链观测器的无位置传感器矢量控制系统中。最后设计了内置式永磁同步电机无位置传感器控制器,搭建了Matlab/Siumlink仿真模型和实验平台,通过仿真和实验验证了内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统的可行性。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341;U469.72;U463.851
【图文】：

第二章 IPMSM 的数学模型和矢量控制技术嵌入式 PMSM 和内置式 PMSM。如图 2.1 所示。表贴式和嵌入式 PMSM 的永磁体都是瓦片状。表贴式 PMSM 的永磁体是置于转子的表面。由于永磁体材料的磁导率与空气的磁导率近似相等，所以表贴式 PMSM 的交直轴电感近似相等，转子磁路对称，属于隐极式 PMSM。具有结构简单、价格低廉、转动惯量小、运行性能良好等优点[55]。嵌入式 PMSM 的永磁体是嵌于转子的表面，且之间的距离小于一个极距。由于嵌入式永磁体和转子之间为磁导率大的铁磁材料，所以交轴电感要大于直轴电感，具有凸极效应，造成转子磁路具有不对称性，产生磁阻转矩，能够提高 PMSM 的功率密度，使得其动态性能要优于表贴式 PMSM。但制造成本和漏磁系数要比表贴式 PMSM 的要高。内置式 PMSM 的永磁体为长条状置于转子的内部，结构稳定，凸极性比嵌入式 PMSM 还要大，可以产生更大的磁阻转矩，目前广泛应用于要求高精度和动态性能好的交流伺服控制系统中。嵌入式和内置式PMSM 由于都有凸极性，所以属于凸极性 PMSM。

目前在 IPMSM 控制中常用的坐标系有：三相静止坐标系 ABC、两相静止坐标系αβ和两相旋转坐标系 dq。 图2.2 表示三种坐标系之间的联系，三相静止坐标系是根据三相绕组互为 120 度构成的，两相静止坐标系中的α轴与 A 相方向一致，其β轴超 A 相 90 度。两相旋转坐标系中的 d 轴与电极 N 轴方向一致，其 q 轴超 d 轴 90 度，且 d 轴与 A 轴之间夹角为 。图 2.2 三种坐标系之间的联系Fig 2.2 The relationship between the three coordinate systems在矢量控制技术中，常用的坐标转换主要包括：Clarke 变换、Park 变换和 Park逆变换。这三种坐标变化的前提条件是：1 各坐标系下的磁动势保持不变；2 不同坐标系下的功率保持不变[13]。（1）Clarke 变换Clarke 变换表示的是由三相静止坐标系 ABC 转换成两相静止坐标系αβ。在IPMSM 矢量控制技术中 Clarke 变换表示由电机三相定子电流 ia、ib、ic转换成两相电流值 iα、iβ，下面以电流为例的 Clarke 变换见式 2-1 所示：

2.4 定子电流控制策略研究矢量控制技术的本质是对励磁电流id和转矩电流 iq进行解耦控制。根据PMSM的种类和应用场合的不同，定子电流控制策略也会有所不同。目前常用的定子电流控制策略有：id=0 控制、单位功率因数控制和最大转矩电流比控制。下面对这些控制策略进行详细介绍，选择适合 IPMSM 的定子电流控制策略。2.4.1 id=0 控制如图 2.4 所示，当励磁电流 id的方向与转子磁链的方向相同并且定子电流 is的方向与 q 轴方向相同（id=0、is=iq）时，此时的定子电流控制策略为 id=0 控制

【参考文献】

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本文编号：2802573