永磁同步电机转子位置观测误差自适应补偿方法研究

摘要

内置式永磁同步电机具有高效率、高功率密度、强鲁棒性、优调速性能及易于弱磁调速等优点，被广泛应用在各个交流传动领域。位置传感器的安装会增加成本并降低系统可靠性，因此无位置传感器控制技术受到广泛关注。当采用反电动势模型法时，受电机参数变化、磁链空间谐波及逆变器非线性等因素的影响，会使得转子位置估测结果含有显著的谐波误差。在内置式永磁同步电机矢量控制系统中，转子位置估测值中的谐波误差会导致坐标变换不准确，引起转矩脉动，恶化驱动系统的性能。为了进一步改善永磁电机无传感器控制系统性能，本文主要对转子位置观测误差自适应补偿方法进行研究。
　　在分析扩展反电动势模型状态观测器基础上研究基于自适应补偿的转子位置观测方法。通过分析电机数学模型及矢量控制原理，建立扩展反电动势观测器模型，并结合正交软件锁相环设计了位置观测器结构。在此基础上，建立了扩展反电动势观测器相位滞后及谐波抑制与观测器带宽及运行频率之间的关系，并分析了由逆变器非线性、磁饱和及磁场空间谐波引起的转子位置观测谐波误差的机理。
　　研究一种基于参数自适应的梯形误差电压死区补偿策略。由于逆变器非线性会使电机相电流和观测的反电动势中都含有显著谐波成分，进而导致位置估测值含有谐波误差，从而影响无传感器控制系统性能。在对逆变器非线性引起电压畸变分析基础上，研究了一种梯形误差补偿电压自适应调节机制，根据运行条件自适应改变梯形角以对逆变器非线性进行实时补偿。
　　为了进一步改善无传感器内置式永磁同步电机控制性能，研究一种基于二阶广义积分器自适应滤波的位置观测脉动误差抑制方法。通过多个二阶广义积分器并联组成的交叉反馈网络，实现多特定反电动势谐波的消除。锁频环的应用确保了二阶广义积分器谐振频率的自适应。所研究的方法能够有效消除估测反电动势中的低阶谐波成分，从而抑制位置估测谐波误差的产生。
　　在理论分析的基础上，通过Matlab/Simulink仿真工具对所研究的控制策略进行仿真分析，并在2.2kW内置式永磁同步电机对拖加载实验平台上进行实验，验证了所研究方法的有效性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3论文主要研究内容

第2章 IPMSM无传感器控制及位置观测误差分析

2.1引言

2.2内置式永磁同步电机矢量控制原理

2.3基于扩展反电动势模型状态观测器的转子位置观测方法

2.4转子位置观测误差谐波分析

2.5实验结果

2.6本章小结

第3章 基于参数自适应梯形误差电压死区补偿策略

3.1引言

3.2逆变器非线性负面效应分析

3.3参数自适应的梯形误差电压死区补偿策略

3.4实验结果

3.5本章小结

第4章 基于SOGI自适应滤波的位置观测脉动误差抑制方法

4.1引言

4.2 SOGI原理分析

4.3基于锁频环的频率自适应环节分析

4.4基于SOGI自适应滤波的位置观测器

4.5仿真及实验结果

4.6本章小结

第5章 无位置传感器IPMSM矢量控制系统实验

5.1引言

5.2 IPMSM矢量控制系统硬件结构及实验平台

5.3控制系统软件结构

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢