基于改进电流模型的永磁同步电机无速度传感器控制

摘要

永磁同步电机(PMSM)具有效率高、控制性能好等优点，随着计算机技术的发展和电机本体制造水平的提升，已经越来越广泛应用于各领域。由于在电机的控制应用中使用速度传感器有成本增加，安装困难，可靠性不高等问题，不能满足快速的工业发展对电机控制高性能，高可靠性等要求，促使研究者们研究如何在应用中避免使用速度传感器。在永磁同步电机无速度传感器控制应用中电机的快速启动性能、高速稳定性和低速带载能力一直控制中的重点和难点。本文研究一种改进了电流模型的永磁同步电机无速度传感器控制，具有很好的性能。
　　文章在分析了永磁同步电机数学模型的基础上，提出的基于改进电流模型的无速度传感器控制方法，与常用算法存在适用范围有限、鲁棒性差和算法结合存在状态切换导致不稳定，从而影响电机的启动性能、运行稳定性和低速性能不同，文中方法根据提出的合适原则选取观测器参数，以每个采样周期估算电流与实际检测电流之间的误差校正估算速度值，能快速准确估算速度，对估算速度进行积分得到转子位置角，电机能从静止直接矢量闭环快速启动，在全速度范围都只采用一种控制方法，不存在状态切换，避免了快速加速过程中因为状态切换过程可能导致的失控问题，稳定性好，带载能力强，有很好的鲁棒性。
　　最后，在MATLAB/Simlink中搭建了仿真模型对控制进行原理验证，并搭建了实验平台，编写电机控制程序进行各种工作状况的研究分析，实验结果验证了分析设计的可行性和可靠性，电机从静止快速启动，能在1s内从零速加速到额定转速(6000r/min)，在高速运行时非常稳定，最大速度误差低于0.2％，低速运行带载能力强，在转速为2％额定转速时仍能满载稳定运行，这大大扩展了永磁同步电机的应用范围，具有较大的工程实用价值，并且已在工业产品中成功应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景与意义

1．2 永磁同步电机控制策略

1．3 永磁同步电机无速度传感器控制研究现状

1．3．1 电机模型直接计算法

1．3．2 扩展卡尔曼滤波器法

1．3．3 模型参考自适应法

1．3．4 滑模观测器法

1．3．5 高频信号注入法

1．3．6 基于人工智能理论上的估算方法

1．4 课题来源及研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

第2章 永磁同步电机数学模型及其控制方法

2．1 永磁同步电机的结构和分类

2．2 永磁同步电机坐标变换

2．3 永磁同步电机数学模型

2．3．1 三相静止坐标系下的的数学模型

2．3．2 两相静止坐标系下的的数学模型

2．3．3 旋转坐标系下的的数学模型

2．3．4 无速度传感器控制的电机数学模型分析

2．4 永磁同步电机矢量控制

2．5 本章小结

第3章 基于改进电流模型的无速度传感器控制

3．1 初始定位

3．1．1 定位原理分析

3．1．2 电压矢量注入法的实现

3．2 速度估算的实现

3．3 观测器参数的选取原则

3．4 参数变化时的鲁棒性分析

3．4．1 电感的不确定性

3．4．2 Kf的不确定性

3．4．3 电阻的不确定性

3．5 仿真分析

3．6 本章小结

第4章 控制系统软硬件设计及实验结果分析

4．1 硬件电路设计

4．1．1 系统硬件结构

4．1．2 控制板电路设计

4．1．3 辅助电源电路设计

4．1．4 485通信接口电路

4．1．5 电压电流信号检测电路设计

4．1．6 故障检测电路设计

4．2 软件设计

4．2．1 PWM周期中断

4．2．2 1ms定时中断

4．3 实验分析和讨论

4．3．1 实验分析

4．3．2 讨论

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文目录

攻读学位期间所参加的科研项目目录

致谢