基于速度估计的PMSM控制器设计与实现

发布时间：2017-08-07 23:09

  本文关键词：基于速度估计的PMSM控制器设计与实现

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【摘要】：近几年,电动汽车的发展模式正在从廉价低质到高性价比品质化转变。电动汽车厂商开始采用永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)作为电动汽车的动力来源。传统的PMSM运动控制系统,依靠光电编码器等机构获取电机的转速信息作为闭环系统的反馈信号,不但增加了成本,而且不利于产品的轻量化,同时降低了系统的可靠性。为了解决这个问题,研究者们提出了PMSM的无传感器控制方法,利用电机模型中其他易于测量的参数估计出转子的转速和位置,实现精确稳定的运动控制。本课题对永磁同步电机无传感器调速控制做了研究,采用基于双观测器的方法设计了基于速度估计的PMSM控制器;基于低速电动汽车设计了一种PMSM控制器;并将上述控制算法在所设计的控制器实验平台上进行了实现,获得了良好的控制性能。完成的主要工作如下:第一,大量阅读领域内相关文献,了解了PMSM控制方法的研究现状,分析了不同控制方法的理论基础和实现方法,讨论了PMSM无传感器控制的意义及方法,比较了目前不同PMSM控制器实现方案的优缺点,总结了控制器实现的理论基础和总体思路。第二,通过阅读文献,建立了PMSM的数学模型,理解了坐标变换原理,研究了以坐标变换为基础的PMSM的矢量控制,以电动汽车为背景介绍了PMSM控制器的结构原理。第三,提出了一种基于双观测器的PMSM无传感器调速控制方法,采用滑模观测器来估计电流,通过反电动势观测器实现对速度的估计,提高了转速估计的速度和精度。用Lyapunov稳定性理论证明了双观测器的稳定性。并用Matlab对算法进行了仿真。第四,通过大量阅读PMSM控制器相关技术文档以及芯片厂商给出的控制器评估系统的技术文档,总结不同控制器的实现方法,根据各种方法的优缺点比较,确定了基于速度估计的PMSM控制器的实现方案,并根据方案对控制器进行了硬件设计。完成了控制器的调试,并在此基础上对基于双观测器的控制方法进行了实现。第五,通过搭建的控制器实验平台对系统的各项性能指标进行了实验测试,实验结果表明所设计的控制器和控制算法相结合能够达到快速平稳的速度跟踪性能。最后,对研究中发现的不足之处进行了分析,提出了解决这些不足的思路和方案。
【关键词】：永磁同步电动机 无速度传感器 双观测器 控制器实现
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-14
• 1.2 永磁同步电动机无传感控制器研究现状14-20
• 1.2.1 基于理想数学模型的开环计算方法15-16
• 1.2.2 基于观测器的闭环控制方法16-17
• 1.2.3 基于信号注入的方法17-18
• 1.2.4 复合控制方法18-19
• 1.2.5 常用的无速度传感器控制器实现方法19-20
• 1.3 论文的主要内容20-21
• 第二章 永磁同步电动机的数学模型及矢量控制方法21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 永磁同步电机简介21-22
• 2.2.1 永磁同步电机的结构21-22
• 2.2.2 永磁同步电机的特点22
• 2.3 矢量控制中的坐标变换22-24
• 2.3.1 Clarke变换23
• 2.3.2 Park变换23-24
• 2.4 永磁同步电机的数学模型24-26
• 2.4.1 三相静止坐标系下PMSM的数学模型24-25
• 2.4.2 两相静止坐标系下PMSM的数学模型25-26
• 2.4.3 两相旋转坐标系下PMSM的数学模型26
• 2.5 永磁同步电动机矢量控制原理26-27
• 2.6 永磁同步电动机控制器简介27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 基于双观测器的PMSM无速度传感器控制29-37
• 3.1 引言29-30
• 3.2 传统的滑模观测器30-31
• 3.2.1 PMSM模型30
• 3.2.2 传统滑模观测器30-31
• 3.3 电流观测器设计31-33
• 3.3.1 观测器设计31
• 3.3.2 稳定性证明31-33
• 3.4 反电动势观测器设计33-34
• 3.4.1 观测器设计33
• 3.4.2 稳定性证明33-34
• 3.5 控制方法仿真分析34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 PMSM控制器硬件设计37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 控制器总体架构37-38
• 4.3 控制器控制核心电路38-43
• 4.3.1 基于STM32的控制电路38-40
• 4.3.2 相电流检测电路40-41
• 4.3.3 直流母线电压检测电路41-42
• 4.3.4 电流、电压和温度硬件保护电路42-43
• 4.4 控制器功率模块电路43-45
• 4.4.1 逆变单元电路43-44
• 4.4.2 逆变单元驱动电路44-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第五章 PMSM控制器软件设计47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 基于速度估计的PMSM控制器的系统控制策略47-48
• 5.3 控制系统的程序设计48-51
• 5.3.1 控制器主程序及中断子程序结构50-51
• 5.4 速度估计算法的数字化实现51
• 5.5 电机相电压重构方法51-53
• 5.6 本章小结53-55
• 第六章 实验结果与分析55-59
• 6.1 实验平台55-56
• 6.2 实验结果56-58
• 6.3 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-63
• 7.1 全文总结59-60
• 7.2 研究展望60-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-71
• 附录71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贾鹏;张庆超;贾新华;未超;;基于Clarke矩阵的不对称输电线路相模变换矩阵求解[J];电网技术;2013年09期

2 张辑;张训斌;陈天翔;彭彦卿;孙园;田洪;;同步电动机相电压重构及磁链观测研究[J];电气传动;2013年08期

3 卢东斌;欧阳明高;谷靖;李建秋;;电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制[J];中国电机工程学报;2013年03期

4 陈高;杨家强;;基于TMS320F28335的永磁同步电机数字化矢量控制器设计[J];机电工程;2011年09期

5 唐丽婵;齐亮;;永磁同步电机的应用现状与发展趋势[J];装备机械;2011年01期

6 徐艳平;郜亚秋;钟彦儒;;基于低频信号注入法的PMSM低速无传感器控制[J];电力电子技术;2011年03期

7 王辉;王长松;钟黎萍;王志宇;刘红霞;;基于滑模观测器的永磁同步电机低速下无传感器转子位置检测的研究[J];微电机;2011年01期

8 王江涛;刘海琴;王剑;;新型永磁同步电动机无传感器智能控制系统[J];微特电机;2010年08期

9 易晓兰;;基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制[J];机电设备;2010年04期

10 谷善茂;何凤有;谭国俊;叶生文;;永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展[J];电工技术学报;2009年11期

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本文编号：637150