基于脉振高频信号注入SPMSM低速无位置传感器技术研究

摘要

近年来，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）的无位置传感器控制技术得到了广泛的关注和发展。由于PMSM无位置传感器技术的关键和难点集中在零速和低速阶段，并且表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM)作为应用最广的一类 PMSM，其无位置传感器控制研究更为迫切。因此，本文基于脉振高频信号注入法，围绕SPMSM在零速和低速下的无位置传感器技术来展开研究。
　　本文首先介绍了PMSM及其控制技术的发展现状，并对现有的PMSM无位置传感器控制技术做了重点介绍。其次分析了PMSM的数学模型和矢量控制的基本原理，选取了id=0的控制策略。对比分析了逆变器的调制策略，并为无位置传感器控制做准备，选取了三相载波SPWM的逆变器调制方式。搭建了有位置传感器SPMSM矢量控制仿真模型，仿真结果验证了系统具有良好的控制性能。然后研究了SPMSM的“饱和凸极性”和脉振高频信号注入法的基本原理，结合三相载波SPWM中的载波频率成分信号提出一种转子初始位置检测新方法，从而避免二次注入其它形式的信号来判别转子磁极，有效地改善了现有的无位置传感器初始位置检测方法中存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。实现了从初始位置检测到低速起动运行的无位置传感器控制。另外，考虑逆变器非线性效应对无位置传感器控制估计精度的影响，采用相电压补偿策略以提高无位置传感器控制的位置估计精度。分别搭建了初始位置检测、低速起动运行和非线性效应补偿的仿真模型，仿真结果验证了所提方案的正确性和合理性。最后介绍了本文所用实时控制系统实验平台，并详细介绍了软硬件的设计思路和流程。针对一台1.5kW的SPMSM进行了实验研究，实验结果验证了所提方案的可行性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 PMSM的基本结构

1.3 PMSM及其控制技术概述

1.4 PMSM无位置传感器控制技术概述

1.5 课题意义及本文研究内容

第二章 基于三相载波SPWM的PMSM矢量控制系统

2.1 引言

2.2 PMSM的数学模型

2.3 基于三相载波SPWM的PMSM矢量控制

2.4 基于三相载波SPWM的SPMSM矢量控制系统仿真

2.5 本章小结

第三章 脉振高频信号注入法结合载波频率成分法的无位置传感器控制技术

3.1 引言

3.2 脉振高频信号注入法原理

3.3 基于三相载波SPWM的载波频率成分法原理

3.4 转子初始位置检测

3.5 低速无位置传感器起动运行

3.6 逆变器非线性效应对估计精度的影响

3.7 仿真分析

3.8 本章小结

第四章 实验系统的软硬件设计

4.1 引言

4.2 系统硬件设计

4.3 系统软件设计

4.4 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 引言

5.2 三相载波SPWM调制的有位置传感器SPMSM矢量控制实验

5.3 低速无位置传感器控制实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和研究成果