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基于高频注入与滑模观测的PMSM无位置传感器复合控制研究

发布时间:2017-04-04 12:03

  本文关键词:基于高频注入与滑模观测的PMSM无位置传感器复合控制研究,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)具有效率高、功率密度大、功率因素大、调速范围广、运行稳定可靠等特点,被广泛应用于各种电气传动控制系统中。矢量控制因其具有高精度、高动态响应性能和高稳定性的优点,成为电机控制领域的关键技术之一。矢量控制系统中,需要获得电机准确的位置和速度信息,一般由机械传感器反馈给系统。但是,机械传感器的引入增加了系统的体积和成本,同时也给系统带来了一系列的不稳定性因素。为了克服这一弊端,无位置传感器控制技术成为研究的热点,本文深入研究了基于高频注入和滑模观测的永磁同步电机无位置传感器复合控制技术。本文无位置传感器控制是建立在基于id=0的永磁同步电机矢量控制的基础上的,采用SVPWM驱动方式。id=0的矢量控制策略使得永磁同步电机控制方便,在磁场恒定的情况下,电机输出的转矩与交轴电流成正比。本文的无位置传感器控制策略中采用了旋转式高频电压注入法和基于反电势的滑模观测器方法,对永磁同步电机转子位置和速度进行估计。旋转式高频注入法用在低速阶段,滑模观测器用在中高速阶段,充分发挥两者在各自速度区间的优势,均用锁相环相位跟踪技术来获取转子位置,取得了良好的估计效果。在两种估计方法的切换区间,采用加权计算方法,实现了由高频注入法到滑模观测器的有效过渡。由于系统在突加或者突减速度时,估计误差增大,容易引起系统的不稳定,论文中,在电机加减速时,采用S型曲线进行速度规划,有效的降低的估计误差,增加了系统的稳定性。本文在Matlab/Simulink环境中搭建了仿真模型,对高频注入法与滑模观测器估计转子位置和速度进行了仿真分析,仿真结果表明,该方法在电机低中高速度区间均能有效的估计转子位置和速度,在速度变化时,S型曲线速度规划减小了速度变化时的估计误差,增加了系统稳定性。本文也设计了一款薄型永磁同步电机控制器,在LabVIEW环境中设计了一款电机调参与控制上位机软件,搭建了控制系统平台,实验结果也证明了该控制策略的有效性。
【关键词】:永磁同步电机 无位置传感器控制 高频注入法 滑模观测器 S型速度规划
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP273;TM341
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-17
  • 1.1 课题研究背景10-11
  • 1.2 PMSM无位置传感器控制国内外研究动态11-15
  • 1.2.1 中高速区PMSM无位置传感器控制方法11-14
  • 1.2.2 零低速区PMSM无位置传感器控制方法14-15
  • 1.3 本文主要研究内容15-17
  • 第2章 永磁同步电机矢量控制基本原理17-28
  • 2.1 永磁同步电机结构17-18
  • 2.2 永磁同步电机数学模型18-21
  • 2.2.1 永磁同步电机在ABC三相静止坐标系下的数学模型19-20
  • 2.2.2 永磁同步电机在dq0轴系下的数学模型20-21
  • 2.3 基于i_d=0的永磁同步电机磁场定向控制原理21-24
  • 2.3.1 永磁同步电机磁场定向控制21-22
  • 2.3.2 永磁同步电机SVPWM控制22-24
  • 2.4 基于i_d=0的永磁同步电机矢量控制系统仿真24-26
  • 2.5 本章小结26-28
  • 第3章 基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制28-35
  • 3.1 旋转式高频电压注入下凸极式PMSM的数学模型28-30
  • 3.2 旋转式高频电压注入转子位置与速度估计方法30-32
  • 3.3 旋转式高频电压注入法PMSM无位置传感器控制仿真32-34
  • 3.4 本章小结34-35
  • 第4章 基于滑模观测器的PMSM无位置传感器控制35-49
  • 4.1 滑模变结构基本原理35-37
  • 4.1.1 滑模控制的数学定义35
  • 4.1.2 滑模控制的基本要素35-36
  • 4.1.3 滑模控制的设计方法36-37
  • 4.2 基于滑模观测器的PMSM转子位置与速度估计37-44
  • 4.2.1 滑模观测器设计37-40
  • 4.2.2 转子位置和速度估计方法40-44
  • 4.3 基于滑模观测器的PMSM无位置传感器控制仿真44-48
  • 4.4 本章小结48-49
  • 第5章 基于高频注入与滑模观测的PMSM无位置传感器复合控制49-58
  • 5.1 高频注入法与滑模观测器复合控制策略设计49-51
  • 5.2 加减速控制优化设计51-53
  • 5.3 S型速度规划无位置传感器复合控制策略仿真53-56
  • 5.4 本章小结56-58
  • 第6章 控制系统的设计与实现58-75
  • 6.1 控制系统的硬件结构设计58-65
  • 6.1.1 主控制器与电源电路58-60
  • 6.1.2 IPM主电路设计60-61
  • 6.1.3 信号采集电路设计61-63
  • 6.1.4 通信电路设计63-65
  • 6.2 基于LabVIEW的控制系统上位机设计65-66
  • 6.3 控制系统的软件设计66-70
  • 6.3.1 系统主程序设计67
  • 6.3.2 电机控制算法程序设计67-70
  • 6.4 控制系统实验70-74
  • 6.5 本章小结74-75
  • 结论与展望75-77
  • 参考文献77-82
  • 致谢82

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