无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统的研究

摘要

永磁同步电动机因其结构简单、功率密度高、运行可靠、便于维护等诸多优点，被广泛应用于现代高性能的交流调速系统中。高精度的永磁同步电动机控制系统依赖转子永磁体的实时位置信息，无位置传感器控制技术具备提高系统可靠性、降低系统成本等显著优势，具有重要的研究价值。
　　在研读国内外大量文献基础上，综述永磁同步电动机控制系统与无位置传感器控制技术的分类与发展趋势。以三相静止坐标系下建立的永磁同步电动机数学模型为基础，通过坐标变换与转子磁链定向，推导了dq0坐标系下的数学模型并建立了永磁同步电动机id=0矢量控制系统，并对该控制系统的简化数学模型、基本理论与实现方式做了详细阐述。
　　以滑模变结构基本理论为基础，推导了永磁同步电动机在0坐标系下的数学模型，论述了传统滑模观测器的设计方法并指出其不足与局限，进而从抗饱和函数代替符号函数、建立反电动势观测器、采用锁相环位置跟踪算法三个方面对传统的滑模观测器进行改进，并结合起动与切换过程中出现的转速降落、电流振荡等问题，提出变参数起动切换策略。
　　在Matlab环境下建立无位置传感器永磁同步电动机id=0矢量控制系统仿真模型，并进行了仿真分析。仿真结果表明，改进的滑模观测器能显著降低系统抖振，同时，通过配置合理的调节器参数，整个控制系统在高速条件下具有良好的动态调速性能与负载抗冲击能力。
　　最终以DSP系列中TMS320F28335为主控芯片研制控制器，详细介绍了控制器主要的硬件设计原理与软件程序结构，并以该控制器为核心，在实验平台上进行了中低速的实验验证。通过先后进行起动实验、滑模观测器实验、稳态实验负载冲击实验以及动态调速实验，并对实验结果做详细分析。实验结果表明，电机起动可靠、改进的观测器估算位置信息准确、调速性能优良、抗负载冲击能力强，验证所提出的无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统的有效性与可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 课题国内外研究现状

1．2．1 永磁同步电动机控制系统研究现状

1．2．2 无位置传感器永磁同步电动机控制技术研究现状

1．2．3 无位置传感器永磁同步电动机控制主要技术难点

1．3 本文主要研究内容

第2章 永磁同步电动机矢量控制系统

2．1 永磁同步电动机数学模型

2．1．1 三相静止坐标系下永磁同步电动机数学模型

2．1．2 坐标变换

2．1．3 两相正交旋转坐标系下永磁同步电动机数学模型

2．2 永磁同步电动机矢量控制策略

2．2．1 id=0条件下永磁同步电动机简化数学模型

2．2．2 id=0永磁同步电动机矢量控制系统

2．2．3 SVPWM技术实现

2．3 本章小结

第3章 无位置传感器永磁同步电动机控制技术及其改进

3．1 滑模变结构控制

3．2 传统的滑模观测器设计

3．2．1 两相正交静止坐标系下永磁同步电动机数学模型

3．2．2 传统滑模观测器设计方法

3．3 滑模观测器的改进设计

3．3．1 符号函数的代替

3．3．2 反电动势观测器

3．3．3 基于锁相环的位置跟踪算法

3．4 电机的起动与变参数切换策略

3．5 本章小结

第4章 无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统仿真

4．1 系统离散化

4．1．1 线性定常系统的离散化

4．1．2 线性时变系统的近似离散化

4．2 控制系统仿真验证

4．2．1 实验样机

4．2．2 仿真模型建立

4．2．3 仿真内容与仿真结果

4．3 本章小结

第5章 无位置传感器永磁同步电动机矢量控制系统实验

5．1 控制器研制

5．1．1 系统硬件

5．1．2 系统软件

5．2 实验内容与实验结果分析

5．2．1 起动与切换实验

5．2．2 滑模观测器试验

5．2．3 稳态试验

5．2．4 负载冲击实验

5．2．5 带载调速实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况