离心风机用外转子电机控制系统研究

摘要

永磁同步电机具有相对体积小、功率密度高、结构简单以及动态响应快等诸多优点，使其在现代工业社会中的地位越来越突出。无位置传感器控制技术省去了机械式位置传感器，不仅节省了空间和成本，而且在恶劣的条件下具有更高的可靠性。本文针对离心风机用外转子电机的实际应用环境和运行要求，设计了一套高效可靠的控制系统。
　　本文首先在研究永磁同步电机在静止两相坐标系下的数学模型的基础上，构造滑模观测器。针对滑模变结构控制的抖振问题，采用饱和函数取代符号函数，以准滑动模态的方式削弱了系统的抖振，设计PLL锁相环用于平滑转子位置估算过程中的抖振成分，使系统的转矩、转速平滑。其次，针对离心风机用外转子电机在静止启动过程中可能存在的各种情况，通过分析加速过程中的电磁转矩方程和机械方程，利用永磁同步电机自身转矩-功角自平衡的特性，保证了I/F控制和状态切换过程中电机运行的可靠性和稳定性。针对无位置传感器的离心风机用外转子电机在带速状态下无法可靠启动的问题，通过逆变器施加两个零电压矢量，使电机定子三相绕组短路，根据短路电流相量在αβ坐标系下的角度变化，辨识出电机转向和转速，通过对短路电流在dq坐标系下暂态过程的解析分析，估算出电机转子位置。最后，在TI公司TMS320F28027作为主控芯片的驱动系统以及带风机负载的550W永磁同步电机组成的实验平台上，对所提出的控制方案就行了实验验证。实验结果表明，所提出的控制方案可以满足系统在复杂条件下的可靠启动，并能保证系统中高速段的性能。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 无位置传感器控制技术研究现状

1．2．1 适用于中高速运行阶段的无位置传感器控制技术

1．2．2 转子初始位置辨识技术

1．2．3 状态切换和带速启动技术

1．3 本文主要研究内容

第二章 基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器算法

2．1 矢量控制技术的基本原理

2．1．1 永磁同步电机数学模型

2．1．2 SVPWM调制技术简介

2．2 滑模观测器构建

2．2．1 滑模变结构控制基本问题

2．2．2 滑模变结构控制基本设计方法

2．2．3 基于永磁同步电机数学模型的滑模观测器构建

2．2．4 滑模观测器的改进

2．2．5 仿真研究

2．3 本章小结

第三章 复杂条件下离心风机用外转子电机启动技术

3．1 无位置传感器静止启动

3．1．1 转子初始位置定位

3．1．2 低速I／F流频比控制

3．1．3 状态切换过程分析

3．2 无位置传感器带速启动

3．2．1 转子初始速度、转向检测

3．2．2 转子初始位置检测

3．2．3 仿真验证

3．3 本章小结

第四章 离心风机用外转子电机控制实验研究

4．1 硬件电路设计

4．1．1 实验平台硬件构成

4．1．2 主控芯片简介

4．1．3 电流采样及保护电路

4．2 软件算法设计

4．2．1 主程序及预处理中断程序

4．2．2 主中断程序

4．3 实验验证分析

4．3．1 静止启动实验分析

4．3．2 带速启动实验分析

4．3．3 中高速运行实验分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 后续工作

攻读硕士学位期间科研成果

参考文献