基于参数辨识的永磁同步电机矢量控制方法研究

摘要

随着高性能电机的出现和应用，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）因其体积小、重量轻、功率因素高及调速范围广的优点被广泛应用于工业控制、电动汽车、家用电器、船舶推进和航空航天等领域。 永磁同步电机本身是一个高阶、强耦合、非线性的系统，永磁同步电机的诸多控制策略均需要精确的电机参数以获得更好的控制性能。由于电机电控一体化的发展缓慢，电机与电控需进行参数匹配才可能获得较好的控制性能。为了提高电机电控的快速匹配及矢量控制的性能，本文对多参数辨识流程及基于参数辨识的电流环设计方法进行了研究，本文的主要研究内容如下： 1.首先介绍了永磁同步电机的物理模型，并且研究推导了坐标变换的公式，其次根据物理模型与坐标变换原理，建立了永磁同步电机分别在三种坐标系下的数学模型。然后介绍了矢量控制原理及零直轴电流控制，最后研究了永磁同步电机各参数的辨识方法。 2.在保证准确率的前提下，为了提高多参数辨识时的速度及自动化程度，对电机零位、定子电阻、电机磁链及交直轴电感的辨识流程进行了研究和分析，并且对多参数辨识流程进行了优化，其次分析了辨识偏差设计了一种自动辨识退出条件使得多参数可自动进行辨识，然后分析了各参数的对于矢量控制的作用，提出了一种加权辨识方法。最后搭建了实验平台对所提出的方法进行了实验验证，并对比分析了流程优化的效果。 3.建立了永磁同步电机矢量控制仿真模型，并进行了仿真实验，其次分析研究了电机各参数对矢量控制的影响，并进行了仿真实验验证，其次为了提高电流环整定的效率及控制效果，设计了一种基于参数辨识的电流环控制器参数设计方法，并对设计的方法的稳定性进行了分析，同时得到了参数辨识结果的验证范围。 4.为了提高矢量控制的控制效果及电流环参数整定的速度及自动化程度，在多参数自动辨识的基础上设计了一种参数自动辨识及电流环参数自动设置的方法，将参数辨识结果直接应用于矢量控制，然后通过转速环实验验证了方法的正确性及可行性，最后通过台架实验模拟了永磁同步电机的实际使用环境对所设计的方法进行实验，并对矢量控制的控制效果进行分析，达到了预期目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1永磁同步电机发展现状

1.2.2 永磁同步电机控制方法研究现状

1.2.3 永磁同步电机参数辨识方法研究现状

1.2.4 电流环控制器设计方法研究现状

1.3 本论文研究的主要内容

第二章 永磁同步电机矢量控制研究

2.1 永磁同步电机的物理模型

2.2 永磁同步电机坐标变换原理

2.3 永磁同步电机数学模型

2.4 永磁同步电机矢量控制方法

2.4.1 矢量控制基本原理

2.4.2 零直轴电流控制

2.5 永磁同步电机参数辨识方法

2.5.1 电机零位辨识方法

2.5.2 电机定子电阻辨识方法

2.5.3 电机磁链辨识方法

2.5.4 电机交直轴电感辨识方法

2.6 本章小结

第三章 永磁同步电机多参数辨识优化方法

3.1 PMSM各参数辨识方法流程分析

3.2 多参数辨识误差分析及自动辨识系统退出条件

3.3 多参数加权辨识方法

3.4 永磁同步电机参数辨识实验验证

3.3.1 测试实验平台

3.3.2 永磁同步电机参数辨识实验

3.5 本章小结

第四章 永磁同步电机电流环控制器设计

4.1 永磁同步电机矢量控制仿真模型

4.2 永磁同步电机参数对电机控制影响

4.2.1 电机零位对矢量控制的影响

4.2.2 定子电阻对矢量控制的影响

4.2.3 电机磁链对矢量控制的影响

4.2.4 电机交直轴电感对矢量控制的影响

4.3 基于参数辨识的电流环控制器设计方法

4.4 电流环控制器稳定性分析

4.5 本章小结

第五章 系统测试及实验研究

5.1 电流环控制器参数自动设置

5.2 实验验证

5.2.1 电流环参数自动设置实验验证

5.2.2 台架实验

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果