基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制研究

摘要

永磁同步电机因其成本低、效率高以及运行特性好的优点,现已普遍应用于高性能驱动系统。为了实现高性能的永磁同步电机控制效果,矢量控制方法最常为使用。进行矢量控制必须得知转子位置信息,通常的作法是在转子轴上安装速度传感器或机械位置传感器。但这种做法会导致系统成本增加,可靠性降低,易受环境影响等问题。为了克服传感器使用带来的缺陷,因而提出了无传感器控制技术。
　　无传感器控制技术在电机驱动系统中去除机械传感器,不但能降低系统的成本,而且能够增加系统的可靠性。无传感器控制技术的研究在高速电机、微型电机、航空航天、水下机器人、家用电器等一些特殊场合都具有重要的意义。目前,无传感器控制方法有多种,但大多数在低速时对转子位置无法作出准确估测。针对这一问题,本文对基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制做了深入研究,使其在高速到低速都能准确估测转子信息。
　　本文主要研究内容如下:
　　(1)分析了几种坐标变换理论,并推导了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。进一步研究了矢量控制的基本原理,对各种不同的控制方式进行了分类,并分析了它们的各自特点。
　　(2)重点研究了高频注入法的原理。详细分析了高频电流的分离,负序电流的提取,转子信息的获得,以及转子极性的修正。在此基础上,搭建了高频注入下永磁同步电机无传感器矢量控制系统,并进行了仿真实验。结果表明,高频注入法可以使转速和转子位置获得良好的估测效果,精度较高,系统控制性能较好。
　　(3)研究了模型参考自适应控制系统的原理。根据模型参考自适应方法搭建了无传感器矢量控制系统,并进行了仿真验证。结果表明,该方法在电机运行于高速时能较准确的估测出转子空间信息,系统控制效果良好。
　　(4)将模型参考自适应法与高频注入法进行了对比研究。仿真结果表明,当电机运行于中高速时,两种方法均能够较准确的估测转子速度和位置,系统控制性能良好。但当电机运转于低速时,只有高频注入法的估测精度较高,控制效果较好。由此可知,在全速范围内估测转子信息高频注入法则更为有效。

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1 绪论

1.1 论文的选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 永磁同步电机数学模型及矢量控制

2.1 永磁同步电机的结构

2.2 永磁同步电机数学模型

2.3 永磁同步电机矢量控制

2.4 小结

3 基于高频信号注入法的无传感器检测技术研究

3.1 内埋式永磁同步电机数学模型

3.2 高频旋转电压注入法

3.3 高频电流注入法

3.4 高频电压注入永磁同步电机的无传感器矢量控制仿真

3.5 小结

4 高频注入法与模型参考自适应法的比较

4.1 模型参考自适应控制原理

4.2 基于两种方法的仿真对比研究

4.3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果