基于MRAS永磁同步电机无速度传感器控制系统的研究

发布时间：2017-08-04 11:43

  本文关键词：基于MRAS永磁同步电机无速度传感器控制系统的研究

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)凭借着高工作效率、高功率因数、体积小、结构相对简单、能可靠稳定运行以及维护便利等突出的特点,在电力传动、伺服控制系统领域中被应用的越来越广泛。采用矢量控制来对永磁同步电机进行调速,不仅可以使控制系统的结构得到简化,还可以提高速度的调节精度以及改善系统的控制性能。为了使PMSM矢量控制系统获得高精度、高性能的转速控制,需要对电机转子速度和位置信号进行实时检测,传统的方法是将速度传感器安装在PMSM转子轴上来进行检测,从而实现速度闭环控制来改善调速性能。然而安装速度传感器不仅会加大系统的成本开销以及使系统更加复杂,而且还易受环境因素的影响从而降低系统的稳定性和可靠性。针对以上安装速度传感器给系统带来的弊端,本文选用面贴式PMSM为研究对象,系统采用基于模型参考自适应(MRAS)的转速辨识算法代替速度传感器来实时估算电机转子实际速度和位置信息,设计了基于MRAS的PMSM无速度传感器矢量控制系统。首先,论文对永磁同步电机常用的控制方法以及国内外常用的无速度传感器转速辨识算法进行了简要介绍。根据坐标变换原理,建立永磁同步电机在三种不同坐标系下的数学模型,并以PMSM矢量控制为基础引出了基于转子磁场定向的PMSM电流环和速度环双闭环矢量控制系统,利用Simulink搭建系统的仿真模型进行仿真分析,结果验证了系统的可行性与可靠性。接着,论文对模型参考自适应理论作了相关介绍,并将该理论应用到PMSM无速度传感器矢量控制系统中,利用波波夫超稳定性理论推导出了基于标准型MRAS的转速辨识算法。此外,针对电机参数定子电阻的变化会降低基于标准型MRAS转速辨识算法的估算精度,提出了相应的改进办法,设计了一种能同时辨识电机转速和定子电阻的改进型MRAS转速辨识算法。以上述双闭环矢量控制系统为基础,分别建立了两种转速辨识算法的PMSM无速度传感器矢量控制系统,并利用Simulink搭建两系统的仿真模型进行仿真分析。最后,搭建PMSM驱动控制实验平台对基于MRA S的PMSM无速度传感器矢量控制系统进行实验,编写相应的控制程序,验证此算法的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 无速度传感器 模型参考自适应
【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】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 永磁同步电机常用的控制方法11-12
• 1.3 PMSM无速度传感器技术的研究现状12-15
• 1.4 本文主要研究内容及安排15-17
• 第2章 永磁同步电机矢量控制原理与仿真验证17-43
• 2.1 永磁同步电机的基本结构与分类17-18
• 2.2 坐标变换原理18-21
• 2.3 永磁同步电机的数学模型21-24
• 2.3.1 PMSM在三相静止坐标系下的数学模型22
• 2.3.2 PMSM在两相静止坐标系下的数学模型22-23
• 2.3.3 PMSM在两相旋转坐标系下的数学模型23-24
• 2.4 空间矢量脉宽调制(SVPWM)24-32
• 2.4.1 SVPWM控制技术的原理24-27
• 2.4.2 SVPWM控制技术的实现27-32
• 2.5 永磁同步电机矢量控制的原理及实现32-35
• 2.5.1 永磁同步电机矢量控制的原理32-34
• 2.5.2 永磁同步电机矢量控制系统的实现34-35
• 2.6 系统仿真模型及结果分析35-42
• 2.6.1 搭建系统仿真模型35-38
• 2.6.2 仿真结果分析38-42
• 2.7 本章小结42-43
• 第3章 基于MRAS的PMSM无速度传感器控制43-70
• 3.1 MRAS的简介43-47
• 3.1.1 MRAS的基本原理43-44
• 3.1.2 MRAS系统的分类44-46
• 3.1.3 自适应规律的设计方法46-47
• 3.2 基于MRAS转速辨识系统的建立47-60
• 3.2.1 参考模型和可调模型的设计47-49
• 3.2.2 自适应规律的确定49-54
• 3.2.3 系统仿真模型及结果分析54-60
• 3.3 基于改进型MRAS转速辨识系统的建立60-69
• 3.3.1 参考模型和可调模型的设计61
• 3.3.2 自适应规律的确定61-66
• 3.3.3 系统仿真模型及结果分析66-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第4章 PMSM无速度传感器控制系统的实验验证70-79
• 4.1 实验平台的硬件组成与结构70-74
• 4.1.1 功率主电路70-71
• 4.1.2 控制电路板71-74
• 4.2 系统的控制程序设计74-76
• 4.2.1 系统主程序74-75
• 4.2.2 系统中断服务子程序75-76
• 4.2.3 SVPWM控制程序的实现76
• 4.3 实验结果76-78
• 4.4 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)86

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本文编号：619404