基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制的研究

摘要

永磁同步电动机(PMSM)不仅结构简单，重量轻，体积小，调速效果好，而且效率高，运行可靠，维护简单。位置传感器是电机变频调速系统的一个重要的组成部分。但是精度高，品质好的位置传感器对使用环境要求严格，成本也较昂贵，限制了电机的使用。论文研究了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的永磁同步电机无位置传感器控制方法，主要内容如下:
　　 论文介绍了永磁同步电机的基本结构和特点以及坐标变换理论，给出了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，阐述了永磁同步电机的矢量控制原理和策略以及空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的原理和实现步骤。
　　 分析了卡尔曼滤波算法的基本原理，并将该算法应用于永磁同步电机无位置传感器控制，推导出了永磁同步电机在两相静止坐标系下的扩展卡尔曼方程，给出了EKF算法的状态估计流程。在matlab R2010a的仿真环境下搭建了基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制系统的仿真模型，并且进行了仿真实验以及分析，仿真结果验证了扩展卡尔曼滤波算法在无位置传感器电机控制中的正确性和有效性
　　 论文最后以TI公司的DSP TMS320F2812芯片作为核心，研制了一种了永磁同步电机控制系统，设计了主电路和控制电路，并给出了系统主程序，中断服务程序及其各子模块程序的程序流程图。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 本课题研究的目的与意义

1．2 永磁同步电动机伺服系统的发展

1．2．1 永磁同步电机驱动技术的发展

1．2．2 永磁同步电机控制策略的发展

1．3 无位置传感器控制技术

1．3．1 无位置传感器技术的发展现状

1．3．2 无位置传感器控制中需解决的问题

1．4 本文主要研究内容

第2章 交流永磁同步电机的基本理论

2．1 永磁同步电机的基本结构和特点

2．1．1 永磁同步电机的基本结构

2．1．2 永磁同步电机的特点

2．2 永磁同步电机的数学模型

2．2．1 常用的坐标系

2．2．2 坐标变换

2．2．3 永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型

2．3 永磁同步电机的矢量控制

2．3．1 永磁同步电机的矢量控制原理

2．3．2 永磁同步电机的矢量控制策略

2．4 SVPWM技术

2．5 本章小结

第3章 基于EKF的永磁同步电机无位置传感器控制

3．1 卡尔曼滤波概述

3．2 卡尔曼滤波算法的发展

3．3 最优线性状态估计的提法

3．4 卡尔曼滤波的基本原理

3．4．1 离散卡尔曼滤波原理与分析

3．4．2 连续方程的离散化问题

3．5 滤波发散及解决办法

3．5．1 导致发散的原因

3．5．2 判断发散的依据

3．5．3 解决发散问题的方法

3．6 扩展卡尔曼滤波与模型分析

3．7 基于EKF算法的永磁同步电机控制策略

3．7．1 扩展卡尔曼滤波在永磁同步电机中的应用

3．7．2 永磁同步电机在αβ坐标系上的EKF模型

3．8 EKF状态估计流程

3．9 本章小结

第4章 永磁同步电机无位置传感器控制的EKF仿真

4．1 MATLAB／Simulink软件介绍

4．2 基于EKF的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统仿真

4．2．1 永磁同步电机无位置传感器控制系统结构

4．2．2 永磁同步电机无位置传感器控制系统仿真模型

4．2．3 仿真系统子模块介绍

4．2．4 仿真结果及分析

4．3 本章小结

第5章 基于TMS320F2812的永磁同步电机无位置传感器控制系统的实现

5．1 TMS320F2812芯片介绍

5．2 永磁同步电机控制系统硬件设计

5．2．1 系统主电路设计

5．2．2 系统控制电路设计

5．2．3 硬件电路的抗干扰设计

5．3 永磁同步电机控制系统软件设计

5．3．1 DSP软件开发环境

5．3．2 控制系统主程序

5．3．3 中断服务子程序

5．3．4 电流电压采样和A／D转换

5．3．5 矢量坐标变换

5．3．6 数字PI算法

5．3．7 SVPWM算法

5．3．8 EKF控制策略在控制系统中的实现

5．3．9 软件抗干扰设计

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢