SPMSM低成本转子位置检测及无传感器控制的研究

摘要

永磁同步电机凭借出色的性能及简单的结构，被广泛应用在各个领域。在闭环控制永磁电机过程中，需要知悉电机转子位置，为降低成本并提高可靠性，使用开关型霍尔位置传感器检测转子位置。由于传感器分辨率低，需要对霍尔位置信号进行线性化。无位置传感器控制得到了极大的发展，不过表贴式永磁同步电机为隐极电机，在零速及低速无位置传感器控制方面难度较大。本文就上述问题展开关于低成本永磁同步电机控制的研究。
　　论文实现了三相对称安装的开关型霍尔位置传感器安装偏移角的自学习。在此基础上，使用霍尔位置传感器所获取的转子位置进行磁场定向控制。使用零阶算法与一阶算法对离散的开关型霍尔信号进行线性化，为了对转子位置进一步优化，使用观测器进行角度矫正。实验结果表明，算法提高了绕组电流的正弦度，额定负载下，电流THD由2.73%下降至1.61%。对比三种控制算法下电机的起动性能，发现方波起动方式下电机起动转矩最大。对无位置传感器控制方法进行研究，作为位置传感器故障时的控制方式。当电机转速为零速或低速时，使用脉振电压注入法估测表贴式永磁同步电机电机转子位置，在使用锁相环进行误差处理的算法基础上，使用鲁棒性观测器进行算法改进。通过数学推导与计算确定鲁棒性观测器系数，利用仿真与实验进行算法验证，观测器法比锁相环算法收敛时间明显缩短，从0.5s减小至10ms。当电机在中高转速运行情况下，使用滑模观测器估测转子位置。将滑模理论与电机数学模型相结合，设计滑模平面。利用仿真进行算法验证，并在实验平台上进行算法实验测试。上述算法实验都取得了较好地实验结果。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 表贴式永磁电机控制

1.3 无位置传感器控制研究现状

1.4 本课题主要研究内容

第2章 霍尔信号线性化及电机起动性能研究

2.1 引言

2.2 霍尔位置传感器安装位置自学习

2.3 霍尔位置信号线性化

2.4 使用观测器进行霍尔信号线性化矫正

2.5 电机起动性能实验

2.6 本章小结

第3章 电机低速无位置传感器控制

3.1 引言

3.2 使用锁相环的脉振电压注入法

3.3 基于电机模型的脉振注入法观测器

3.4 低速无位置传感器控制实验

3.5 本章小结

第4章 电机高速无位置传感器控制

4.1 引言

4.2 滑模观测器理论原理

4.3 滑模变结构转子位置观测器设计

4.4 使用滑模转子位置观测器电机控制仿真

4.5 使用滑模转子位置观测器电机控制实验

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢