基于无传感器技术的矿用电机车PMSM控制策略研究

摘要

目前矿用电机车永磁同步电机多采用传统机械式传感器检测转子位置，但是机械式传感器价格昂贵、安装麻烦、维修困难，且煤矿井下环境恶劣、巷道狭窄，不利于机械式传感器的使用。无传感器技术能够克服传统机械式传感器的缺点，检测电机转子位置，而且矿用电机车工作时运行缓慢、速度平稳，为无传感器技术的应用提供了方便。基于此，本文对矿用电机车永磁同步电机零低速、中高速以及全速范围条件下的无传感器技术进行重点研究。 针对矿用电机车零低速工作时，电机转子位置角难检测的问题，研究了基于高频脉振信号注入法的无传感器技术，通过仿真分析验证了其良好的控制效果。由于系统响应慢，对滤波环节进行了改进。由于转速大幅频繁波动，采用了滑模速度控制器来代替PI调节器。仿真结果表明，基于滑模控制器的改进高频脉振信号注入法大大的提高了系统的响应速度和稳定性。 针对矿用电机车中高速工作时，滑模观测器法有抖振的缺点，扩展卡尔曼滤波法需要庞大计算量的问题，研究了基于模型参考自适应法的无传感器技术，通过仿真分析验证了其良好的控制效果。针对转速波动大的问题，改进了自适应律结构；同时由于系统突加负载后，抗扰动性差的问题，加入了简化一阶自抗扰控制器。仿真结果表明，基于自抗扰控制器的改进模型参考自适应法大幅的提高了系统的抗扰动性，降低了转速波动频率。 针对矿用电机车全速范围工作时，无法单纯使用一种方法进行控制的缺点，将高频脉振信号注入法和模型参考自适应法结合起来使用。由于这两种方法在切换时会存在波动，设计了复合加权控制策略，通过仿真分析验证了其良好的控制效果。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2.1矿用电机车牵引电机的研究现状

1.2.2永磁同步电机研究现状

1.2.3无传感器技术的研究现状

1.3 研究内容与结构安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 论文结构安排

2 永磁同步电机矢量控制理论基础

2.1永磁同步电机的数学模型

2.1.1永磁同步电机载三相坐标系下的数学模型

2.1.2坐标变换

2.2空间矢量脉宽调制

2.3永磁同步电机矢量控制系统

2.3.1永磁同步电机控制系统

2.3.2永磁同步电机id=0控制策略

2.4 本章小结

3零、低速条件下的高频脉振电压信号注入法

3.1.1高频脉振电压信号注入法基本原理

3.1.2仿真分析

3.2 改进的高频脉振电压信号注入法

3.2.1改进高频脉振电压信号注入法的原理

3.2.2改进后的仿真分析对比

3.3 基于滑模控制的高频脉振电压信号注入法

3.3.1基于滑模控制的高频脉振电压信号注入法原理

3.3.2基于滑模速度控制器改进后高频脉振信号注入法仿真分析

3.4 本章小结

4中、高速条件下的模型参考自适应法

4.1.1模型参考自适应法基本原理

4.1.2仿真分析

4.2 改进的模型参考自适应法

4.2.1改进模型参考自适应法的原理

4.2.2改进后的仿真分析对比

4.3 基于自抗扰控制的模型参考自适应法

4.3.1基于自抗扰控制的模型参考自适应法原理

4.3.2基于ADRC的改进后MRAS仿真分析

4.4本章小结

5 全速范围条件下的复合控制策略

5.1复合控制原理

5.2仿真分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

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