基于高频注入位置辨识法的五相永磁同步电机控制技术

摘要

相比于三相电机，五相永磁同步电机具有转矩纹波小，功率密度高，容错控制性能强等优点，被广泛应用于航天航空、电动汽车、轨道牵引、船舶推进等对安全性和可靠性要求较高的场合。而对于五相电机转子位置辨识技术的研究还仍未广泛开展，因此本文将对低速运行范围内的转子位置辨识技术进行研究，从而进一步提升五相电机驱动系统的可靠性。
　　首先，考虑到本文所研究的五相电机含有三次谐波气隙磁密，通过维持基波定子磁动势和三次谐波定子磁动势圆形旋转等原则，可得到适用于五相电机的Clarke和Park矩阵，进一步实现五相电机模型在同步旋转坐标系下的解耦。搭建了考虑基波和三次谐波气隙磁密五相电机仿真模型，通过仿真验证了五相电机矢量控制的正确性和有效性。
　　其次，对五相半桥逆变器的拓扑结构和数学模型进行了研究，推导了适合五相电机驱动系统的相邻四矢量SVPWM调制策略，并对空间电压矢量的扇区判断方法、作用顺序的安排、作用时间计算以及开关动作时间的等效进行了理论分析与计算。通过仿真和实验验证了本文所采用的相邻四矢量SVPWM调制策略正确性和有效性。
　　然后，为了实现低速下的转子位置辨识技术，建立了五相永磁电机在估算旋转坐标系下的高频数学模型。考虑到五相电机驱动系统的复杂性以及所研究的五相电机具有凸极性较弱等特点，并结合五相电机的基波和谐波子空间的特殊性提出了适用于五相电机转子位置辨识的技术方法。仿真对比后，本文选定采用基波空间高频脉振电流注入法，并利用比例谐振调节器实现对高频电流信号的精确跟踪，以降低模拟调理电路中的低通滤波器对高频电流信号造成相位滞后；同时提出了自抗扰算法对转子位置的解调与观测，以提高弱凸极性电机的转子位置辨识技术的控制性能。
　　最后，搭建了五相永磁同步电机驱动系统的对拖实验平台，介绍了驱动系统的硬件结构和控制算法，通过实验进一步验证了五相电机矢量控制、相邻四矢量 SVPWM调制策略以及本文所提出了适用于运行于低速区域的转子位置辨识与相关控制技术的正确性和有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2五相PMSM及转子位置辨识技术研究现状与分析

1.3论文的主要研究内容

第2章 含三次谐波的五相PMSM模型及矢量控制

2.1引言

2.2含三次谐波气隙磁密的五相PMSM数学模型

2.3五相PMSM矢量闭环控制方案

2.4本章小结

第3章 五相半桥逆变器PWM调制研究

3.1引言

3.2五相半桥逆变器数学模型与电压空间矢量分析

3.3相邻四矢量SVPWM调制算法研究

3.4仿真结果与分析

3.5本章小结

第4章 基于高频信号注入法的转子位置辨识技术

4.1引言

4.2五相永磁同步电机高频数学模型

4.3高频电流注入法

4.4转子初始位置检测

4.5仿真结果与分析

4.6本章小结

第5章 五相PMSM实验平台搭建与算法验证

5.1引言

5.2五相PMSM控制系统硬件结构及实验平台

5.3五相PMSM控制系统控制算法

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢