基于反电势法的无传感器永磁同步电机矢量控制

摘要

随着社会不断进步，科技不断发展，永磁同步电机凭借其独特优势被越来越广泛的应用，因此永磁同步电机检测技术和控制技术也得到越来越被重视。伴随着永磁同步电动机本体及其相关控制系统一定程度上的发展，永磁同步电机在交流传动领域的应用也越来越广泛，人们对永磁同步电机在控制精度、动态性能等方面要求也越来越高，之前永磁同步电机大多采用霍尔传感器来实现对电机转子位置检测，进而控制电机，而这些外置的位置传感器使永磁同步电机构造更加冗杂，使得永磁同步电机在体积上过大没有优势，这就限制了永磁同步电机在其他精密领域的应用，因此近年来研究人员越来越重视无位置传感器永磁同步电机矢量控制的研究，致力于一种在无位置传感器条件下实现永磁同步电机控制的新型驱动方式，该新型驱动方式也必将逐渐替换掉一些老式的驱动方式，成为未来调速系统新领域里一个主流趋势。
　　本文首先介绍了永磁同步电机在控制策略技术和无位置传感器条件下转子位置检测技术的发展趋势，然后介绍了永磁同步电机的工作原理和换相逻辑，进而基于永磁同步电机的工作原理，介绍了通过反电势法来获取电机转子位置信息的原理，并设计反电势过零检测电路，由于该检测电路确定转子位置信号时涉及分压滤波电路，因此存在延迟，最后需要对电机换相点进行补偿。之后建立了无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统模型并在其位置控制环节采用自适应控制策略，由于在电机功率驱动模块需要进行电压空间矢量脉宽调制，因此介绍了SVPWM技术和实现方法。在自适应控制算法上，由于最小二乘法（RLS）比最小均方法（LMS）具有更快的收敛速度和动态特性，因此采用RLS算法作为自适应控制的检测算法。由于普通RLS算法的遗忘因子是固定不变的，这在控制性能上存在缺陷，因此对RLS算法进行了优化和改进。 搭建实验平台，以dsPIC33FJ芯片为控制核心处理器，用C语言编写控制程序，用IGBT作为功率开关器件，并搭设了保护电路、隔离电路和控制电路，完成了对永磁同步电机矢量控制系统的调试，实验和仿真。结果表明，在电机达到一定转速时，基于反电势法的过零位置检测法能够准确的判定永磁同步电机的转子位置；通过对普通 RLS算法自适应控制的改进，使得无位置传感器永磁同步电机矢量控制在动态性能上得到优化。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 永磁同步电机控制技术的发展

1.3 永磁同步电机检测技术的发展

1.4 本课题的主要研究内容

2 无传感器永磁同步电机工作原理

2.1永磁同步电机的数学模型

2.2永磁同步电机运行原理

2.3永磁同步电机位置检测

2.4本章小结

3 无传感器矢量控制系统设计

3.1无传感器矢量控制系统模型的建立

3.2 电压空间矢量脉宽调制

3.3 基于RLS算法的自适应控制

3.3 本章小结

4 无传感器矢量控制系统仿真分析

4.1 建立矢量控制仿真模型

4.2 反电势过零检测仿真结果分析

4.3 自适应控制仿真结果分析

4.3 本章小结

5 无传感器矢量控制系统设计与实验

5.1 硬件电路设计

5.2 软件系统设计

5.3 实验平台

5.4 实验数据分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢