基于载频信号注入的永磁电机无传感控制策略研究

摘要

永磁同步电机因其效率高、功率密度大、体积小等一系列优点广泛应用于工业领域。闭环系统中编码器的使用导致了系统可靠性降低且成本增大等问题，因此旨在取消编码器的无传感器控制策略成为研究热点。高频注入法是实现低速获取位置信息的有效方法，然而位置观测器和转速反馈环节中的滤波器限制了闭环系统带宽。额外注入的高频信号也带来了噪声问题，可以通过减小注入信号幅值来缓解该问题，然而会降低信噪比，增大了信号提取难度。本文针对基于高频信号注入的无传感器内置式永磁同步电机驱动系统的动态性能和低信噪比信号提取问题进行以下研究。
　　首先分析永磁电机无传感器控制系统动态性能制约因素。对永磁同步电机双闭环系统进行数学建模，结合无传感器永磁电机驱动系统实际应用情况，分析电流环中控制系统延时以及反馈环节低通滤波器对电流环带宽的影响。然后结合速度环结构特性，分析速度反馈环节中滤波对外环带宽的影响。并通过Matlab仿真和实验对理论分析进行验证。
　　在上述分析基础上，研究永磁同步电机无位置传感器高带宽控制策略。首先建立永磁同步电机的高频模型，分析基于高频方波信号注入的永磁同步电机无传感器控制原理，采用改进的基频和高频信号分离方法，取代传统数字滤波环节，并对转速估计值的获取方式进行调整，从而可以采用高截止频率的低通滤波器，进而提高系统带宽，使系统有较好的动态性能。
　　为了实现注入更低幅值高频信号以进一步降低附加噪声，研究适应低信噪比环境的离散小波变换转子位置信息特征信号分离方法。借助小波处理低信噪比及非平稳信号的优势，采用离散小波变换从信噪比极低的电流激励信号中提取位置信息。同巴特沃斯滤波器相比，小波滤波器可以在更低的注入电压幅值条件下分离出转子位置信息。
　　在理论分析基础上，通过Matlab/Simulink仿真工具对所研究的方法进行仿真分析，并在采用ARM芯片的永磁同步电机驱动器上实现了无位置传感器控制算法，最后在对拖加载平台上对所研究的方法进行实验验证。

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目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3论文主要研究内容

第2章 永磁电机无传感器控制原理及带宽分析

2.1引言

2.2永磁同步电机数学模型建模

2.3永磁电机无传感器矢量控制原理分析

2.4无传感器控制系统带宽影响因素分析

2.5 Matlab仿真分析

2.6本章小结

第3章 高频方波电压信号注入的无传感器控制策略

3.1引言

3.2永磁同步电机高频模型建模

3.3 转子位置提取的信号处理

3.4仿真及实验结果

3.5本章小结

第4章 基于离散小波变换的转子位置特征信号分离方法

4.1引言

4.2小波变换原理分析

4.3离散小波变换及算法实现

4.4仿真及实验结果

4.5本章小结

第5章 IPMSM无位置传感器矢量控制系统实验

5.1引言

5.2 IPMSM矢量控制系统硬件结构及实验平台

5.3无位置传感器控制系统实验结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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