基于无位置传感器的五相容错型IPM电机直接转矩控制研究

摘要

电动汽车具有污染小、效率高等优势，是实现经济社会可持续发展战略之选。永磁同步电机以其节能、功率密度大、调速范围宽等优势，适用电动汽车驱动系统。五相永磁同步电机的优势在于较小转矩脉动、高可靠性以及多维度系统带来的更丰富控制策略等，并且控制原理可以类比于传统永磁同步电机。转子响应时间能尽可能短是电动汽车电机的动态性能指标中不可或缺的，直接转矩控制(DTC)以转矩为直接控制对象，转矩响应快，鲁棒性强，机提出一种改进型直接转矩控制策略，而实现该控制需要使但传统DTC控制方法存在转矩脉动问题。本文对五相容错型IPM电用位置传感器，增加的器件则会降低系统可靠性，针对该问题，本文对基于无位置传感器的五相容错型IPM电机驱动系统开展研究。 首先，概述课题研究背景及研究意义，综述多相容错型IPM电机国内外研究现状、永磁同步电机控制策略、多相电机直接转矩控制及无位置传感器控制研究现状。 其次，分析五相容错型IPM电机工作原理，建立该电机的数学模型。介绍了直接转矩控制和矢量控制，分析基于SVPWM的DTC控制方法(SVM-DTC)。采用Matlab/Simulink构建五相容错型IPM电机直接转矩控制仿真模型，对仿真结果作分析。 接着，理论分析永磁同步电机无位置传感器技术，零低速运行选择旋转高频电压注入法，中高速运行使用滑模观测器算法估算电机转子位置和转速信号。采用sigmoid函数替换传统开关函数抑制抖振；采用反电势观测器替代滤波器以获取反电势信息，降低相位延迟；采用加权切换算法实现两种算法的平滑切换控制。构建无位置传感器的五相容错型IPM电机直接转矩控制仿真模型，对仿真结果作分析。 最终，基于dSPACE构建了该基于无位置传感器的五相容错型IPM电机直接转矩控制系统的软硬件实验平台，以实验验证所提控制方法的有效性，为实际应用奠定理论基础。

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绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 多相容错型IPM电机国内外研究现状

1.3五相IPM电机驱动系统研究现状

1.3.1五相IPM电机控制策略

1.3.2永磁同步电机直接转矩控制研究现状

1.3.3多相永磁同步电机直接转矩控制研究现状

1.4永磁同步电机无位置传感器控制技术研究现状

1.5论文主要研究内容

五相容错型IPM电机驱动系统控制策略及仿真

2.1 引言

2.2 五相容错型IPM电机工作原理

2.3五相容错型IPM电机数学模型

2.3.1五相容错型IPM电机在自然坐标系下的数学模型

2.3.2五相容错型IPM电机在旋转坐标系下的数学模型

2.4五相容错型IPM电机基本控制策略

2.4.1基于SVPWM的基本控制策略

2.4.2基于SVPWM-DTC的基本控制策略

2.5五相容错型IPM电机直接转矩控制系统建模及仿真

2.5.1五相容错型IPM电机直接转矩控制系统原理图

2.5.2五相容错型IPM电机直接转矩控制系统仿真模型

2.5.3五相容错型IPM电机直接转矩控制系统仿真结果分析

2.6本章小结

基于无位置传感器的五相容错型IPM电机直接转矩控制系统研究

3.1引言

3.2基于高频注入的无位置传感器控制算法

3.2.1旋转高频电压注入法

3.2.2基于旋转高频电压注入的五相容错型IPM电机直接转矩控制仿真

3.3基于滑模观测器的无位置传感器控制算法

3.3.1滑模变结构控制理论

3.3.2滑模变结构控制方法的关键问题

3.3.3滑模观测器设计

3.3.4基于滑模观测器的五相容错型IPM电机直接转矩控制仿真

3.4基于高频注入与滑模观测器的无位置传感器复合控制算法

3.4.1高频注入与滑模观测器复合控制算法设计

3.4.2基于无位置传感器复合控制的五相容错型IPM电机直接转矩控制仿真

3.5本章小结

五相容错型IPM电机直接转矩控制系统的软硬件设计及实验

4.1引言

4.2基于dSPACE 1104的控制系统硬件电路设计

4.2.1dSPACE控制器简介

4.2.2主电路设计

4.2.3采样电路设计

4.2.4 转子位置检测电路设计

4.3五相容错型IPM电机驱动系统实验

4.3.1五相容错型IPM电机直接转矩控制系统实验结果分析

4.3.2基于无位置传感器的五相容错型IPM电机直接转矩控制系统实验结果分析

4.4本章小结

总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果