无位置传感器变频空调压缩机驱动系统参数辨识研究

摘要

直流变频空调具有能效高、振动噪声低等优点，已成为家用空调市场的主导产品。压缩机是变频空调的核心部件，由直流无刷电机(BLDCM)驱动，构成驱动压缩一体化的密闭机组，使速度和位置传感器安装难度与维护成本大大增加。因此，直流变频空调压缩机驱动控制系统实质上是一个无位置传感器BLDCM控制系统。无位置传感器电机控制的关键是对电机转子速度与位置的实时精确估计，估计方法离不开准确的数学模型。在对电机参数准确辨识的基础上，本文主要研究BLDCM的参数辨识和无位置传感器速度估计方法。
　　 首先，在建立直流无刷电机的数学模型和阐述矢量控制系统的工作原理的基础上，根据电机电压方程，采用可控的PWM调制电压作为激励，采集响应电流，实现对电机参数的辨识，并分析了逆变器IGBT导通压降和母线电压波动等因素对辨识精度的影响。
　　 其次，针对矢量控制系统无速度传器的问题，提出了一种带锁相环(PLL)滤波的Luenberger观测器的速度估计方法。该方法根据辨识所得到的电机参数，建立BLDCM两相静止坐标系下的状态方程。利用Luenberger观测器计算出BLDCM的两相静止坐标系下的反电动势分量，从而估计出转子位置与速度。由于BLDCM定子是集中绕组，使反电动势波形畸变严重，导致估计结果受噪声干扰明显，针对此缺点，设计锁相环对反电动势中的噪声滤波，提高了速度及位置观测精度和抗干扰能力。在Matlab/Simulink平台上验证提出的转子速度与位置辨识方法的有效性。
　　 最后，在基于STM32的实验平台上进行了实验验证。实验结果表明:采用的参数辨识方法可以准确获得电机模型的参数，所提出的速度估计方法能够在较宽的调速范围内准确地估计出速度及转子位置，系统稳态精度高、响应速度快，便于实际的工程应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 电机参数辨识和无传感器控制技术研究现状

1．2．1 电机参数辨识研究现状

1．2．2 无位置传感器控制技术研究现状

1．3 空调压缩机的结构与工作方式

1．3．1 压缩机的结构

1．3．2 压缩机的工作方式

1．4 论文研究内容与结构安排

第二章 直流无刷电机控制原理

2．1 BLDCM结构特点

2．2 BLDCM数学模型

2．3 BLDCM矢量控制方法

2．4 BLDCM调速系统数学模型

2．5 本章小结

第三章 直流无刷电机参数辨识

3．1 引言

3．2 BLDCM定子参数的测量方法

3．2．1 定子电阻测量方法

3．2．2 直轴电感测量方法

3．2．3 交轴电感测量方法

3．3 辨识结果影响因素分析

3．3．1 逆变器IGBT对参数辨识结果的影响

3．3．2 IGBT开关时间对参数辨识结果的影响

3．3．3 母线电压波动对参数辨识结果的影响

3．4 仿真实验及结果分析

3．4．1 定子电阻辨识实验结果分析

3．4．2 直轴电感辨识实验结果分析

3．4．3 交轴电感的辨识实验结果分析

3．5 本章小结

第四章 直流无刷电机转子速度估计方法

4．1 引言

4．2 BLDCM两相静止坐标系下的状态方程

4．3 Luenberger观测器设计

4．4 Luenberger观测器仿真结果分析

4．5 引入PLL的Luenberger观测器速度与位置估计

4．6 仿真结果分析

4．7 本章小结

第五章 压缩机驱动控制系统的实现

5．1 系统硬件设计

5．1．1 MCU外围电路设计

5．1．2 三相逆变器集成驱动模块

5．1．3 检测电路

5．2 系统软件设计

5．2．1 定子参数辨识

5．2．2 速度／位置观测器算法实现

5．2．3 压缩机启动策略

5．2．4 FOC核心算法实现

5．3 实验结果分析

5．3．1 参数辨识结果

5．3．2 参数辨识误差对系统可靠性的影响分析

5．3．3 压缩机启动及稳速运行过程分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果