基于非线性估计理论的永磁同步电机无传感器控制方法的研究

摘要

永磁同步电机(PMSM)因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高和恒功率运行时调速范围宽等特点，在高性能驱动系统中应用广泛。在高性能电机驱动系统中需要快速的动态响应，良好的抗干扰能力以及对参数变化具有鲁棒性，而影响这些因素的关键之一就是位置/速度传感器。机械式的电机转子位置/速度传感器的存在，增加了电机转轴上的转动惯量，同时，也增加了连接位置/速度传感器与控制系统之间的连接线和接口电路，使得驱动系统易受干扰部分增加。另外，机械式传感器的使用受到如温度、湿度等条件的限制，而且由于机械式位置/速度传感器的价格比较昂贵，其使用必将增加驱动系统的成本。近年来，电机无位置/速度传感器控制已成为一个研究的热点。目前，无位置传感器控制方法主要分为两类：一类是检测反电动势的转子位置估算方法，它是基于电机反电动势的位置和速度的相依性。由于在低速和零速时，反电动势几乎为零，所以其适合于中高速调速，同时，这种方法对于电机参数很敏感，对参数变化的鲁棒性较差。另一类是高频载波信号注入的转子位置估计方法，即是在定子端注入小幅值的高频载波信号，应用稳态坐标中的旋转矢量来跟踪空间凸极效应，它主要适用于电机低速和零速时的转子位置检测。 本文基于非线性估计理论的基本原理，研究了PMSM的无传感器控制方法。首先，基于PMSM的数学模型，建立了电机的矢量控制仿真模型；其次，基于非线性估计领域经典的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法，设计了PMSM的速度和位置估计器，实现了PMSM的无速度传感器矢量控制；再次，基于非线性估计理论的最新进展，对EKF无传感器控制算法中存在的不足和缺陷，提出了采用计算简便、精度更高的插值多项式线性化方法，以及采用非线性变换的思想，来提高电机无传感器控制系统中转子位置和速度的估计精度等问题；最后，利用dSPACE实验平台，对PMSM无速度传感器矢量控制系统进行了验证，仿真和实验结果表明了本文采用方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章永磁同步电动机的矢量控制及仿真建模

第三章扩展卡尔曼滤波算法及其应用

第四章PMSM无传感器控制系统的优化

第五章实验

第六章结论

致谢

附录