TSMC-PMSM系统无速度传感器全速矢量控制研究

摘要

双级矩阵变换器(TSMC)是一种高功率密度、可实现能量双向流动且输入功率因数可控的新型电力电子变流器。永磁同步电机(PMSM)以高功率密度、高转矩电流比、高效等优点被广泛应用。矢量控制技术将永磁同步电机调速简化为与直流电机调速相似,而无速度传感器技术进一,步将永磁同步电机的应用范围拓宽。在TSMC驱动的PMSM系统中引入无速度传感器技术,保证了良好的传动性能的同时,更带来优异的网侧性能,故对TSMC-PMSM系统展开无速度传感器矢量控制研究具有一定意义。
　　针对TSMC-PMSM系统引入无速度矢量控制,TSMC整流级和逆变级分别采用无零欠量和有零矢量空间矢量调制策略,推导了占空比表达式,给出了理论依据。对TSMC—PMSM矢量控制下的不同速段采用了两种速度观测器,高速段采用滑模观测器,低速段采用脉振高频电压注入法。
　　中高速区:针对传统滑模观测器开关函数切换带来的抖动、滤波器延时问题,本文利用S型开关函数替代滑模观测器中传统符号开关函数,在解决了上述问题同时省去了观测器中的低通滤波器和角度补偿环节。分析了该观测器结构及消抖原理,依据稳定性判据给出了滑模增益取值范围,并将此S型观测器应用于双级矩阵变换器(TsMc)驱动的永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。
　　低速区:由于低速时电机反电势极小,导致基于电机基波方程的算法估算误差大不能适用,本文采用一种基于脉振高频电压注入法的速度观测器算法,分析了隐极PMSM的饱和凸极效应产生原理,并进一步分析了不同注入信号对该算法的影响,给出了滤波器设计步骤和选取原则,最后搭建了基于脉振高频电压注入法的TSMC-PMSM无遵度矢量控制系统。
　　搭建了一,台以DSP4+CPLD为核心的TSMC-PMSM实验样机,设计了系统软硬件,其中硬件包括主功率、采样调理、保护及O/A等电路,软件包括丰、中断程序及CPLD程序。最终在样机上完成了两种无速度传感器算法的实验验证。
　　仿真和实验结果表明,高速区:S型滑模观洲的采用在有效消弱传统滑模观测器抖动和延时的同时使系统具有响应快、鲁棒性强和结构简单等优点。低速区:脉振高频电压注入法的采用使TSMC—PMSM在无速度传感器条件下仍具有优良的传动性能。两种观测器器算法的使用使TSMC-PMSM矢量控制系统具有“绿色”网侧性能的同时,更具有优良的传动性能和功率密度高的潜在优势。本文的研究工作对体积、环境、网侧性能有特殊要求的电机控制场合具有一定的借鉴意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本文主要内容

2双级矩阵变换器

2.1拓扑结构

2.2调制策略

2.3仿真实现

2.4本章小结

3 TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制

3.1 PMSM分类和结构

3.2 PMSM矢量控制

3.3基于滑模观测器的TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制

3.4 基于脉振高频电压注入法的TSMC-PMSM无速度传感器矢量控制

3.5本章小结

4系统软硬件设计

4.1系统实现方案

4.2硬件设计

4.3软件设计

4.4本章小结

5仿真及实验结果分析

5.1滑模观测器TSMC-PMSM无速度传感器结果及分析

5.2脉振高频电压注入法的TSMC-PMSM无速度传感器波形

5.3本章小结

6全文总结及展望

致谢

参考文献

在校学习期间论文发表情况