基于MRAS的洗衣机用PMSM矢量控制策略研究

论文摘要

当今社会人们对家电产品的节能和环保的要求越来越高,高效节能、绿色环保的洗衣机越来越受青睐。具有结构简单、易于维护、功率密度高等优点的永磁同步电动机(PMSM)驱动控制系统正朝着智能化、高效节能和低噪音化等方面发展,逐步取代交流感应电机驱动系统成为新一代民用家电产品驱动控制系统的主流。本文主要对以下方面进行研究:首先建立PMSM在不同坐标系下的数学模型,根据洗衣机系统需求及电机本体特点,确定相应的控制方案。对波轮洗衣机洗涤及脱水两种模式的工作节拍进行分析,基速以下选择恒转矩控制方式,采用i_d =0的磁场定向控制策略。基速以上选择恒功率控制方式,采用直接控制直轴电流的弱磁扩速方案,并通过实验证明其实用性。其次对波轮洗衣机用PMSM的位置检测方案进行研究。首先对基于三相霍尔信号的位置估算原理及可能产生的误差进行分析,并对基于霍尔电气周期的检测方式提出改进设计。同时提出运行时由有位置传感器控制切换为无位置传感器的控制方案,从而降低高速大负载时电枢反应对霍尔检测信号的影响。之后对基于MRAC的转速辨识法应用于PMSM无传感器系统进行了仿真分析,提出带电机参数在线辨识的转速估算改进方案。之后针对洗衣机系统转动惯量变化复杂、负载扰动较多的特点,研究了基于最小二乘法和MRAC的转动惯量在线辨识和负载转矩观测方法。且根据两个参量当前值对伺服系统的参数进行相应调整,能够有效提高PMSM的动态性能。通过仿真及实验证实本文研究的PMSM控制系统参数辨识及整定方案可行。最后,构建了以英飞凌XC878单片机为核心的实验平台,并完成波轮洗衣机用PMSM控制算法设计。对不同负载下洗涤及脱水两种工作模式的系统性能进行了测试,并对实验数据进行分析。实验结果表明,本文设计的洗衣机控制系统能够达到预期指标,且具有良好的工程应用性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 洗衣机驱动系统研究现状及发展趋势
• 1.2.1 洗衣机的种类及特性
• 1.2.2 PMSM 在洗衣机驱动系统中的应用
• 1.3 洗衣机驱动系统关键技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 波轮洗衣机用PMSM 驱动系统设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 PMSM 的数学模型及矢量控制
• 2.3 洗衣机驱动系统需求分析及设计
• 2.3.1 系统需求及噪声来源分析
• 2.3.2 波轮洗衣机工作模式的分析及设计
• 2.4 洗衣机驱动系统弱磁控制分析
• 2.4.1 系统参数与弱磁效果的研究
• 2.4.2 弱磁控制方案的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 PMSM 磁极位置及速度估算方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于开关霍尔传感器的位置及转速估算方法
• 3.2.1 估算原理及误差分析
• 3.2.2 两种基于开关霍尔的位置及转速估算算法
• 3.2.3 位置检测算法的改进方案
• 3.3 洗衣机用PMSM 混合位置预估算法
• 3.3.1 引入位置无传感器控制方案的可行性分析
• 3.3.2 混合位置预估算法的实现
• 3.4 基于MRAC 的PMSM 无传感器转速辨识方案
• 3.4.1 模型参考自适应理论
• 3.4.2 转速辨识器的建立及仿真
• 3.5 基于MRAC 的PMSM 电机参数辨识的改进方案
• 3.5.1 电机参数误差分析
• 3.5.2 基于MARC 的永磁磁链辨识方案
• 3.5.3 含电机参数在线辨识的无位置控制方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 PMSM 控制系统机械参数辨识及整定
• 4.1 引言
• 4.2 速度环参数的设计
• 4.3 转动惯量辨识算法研究
• 4.3.1 最小二乘法转动惯量辨识器的建立
• 4.3.2 最小二乘法转动惯量辨识的改进方案
• 4.3.3 基于MRAC 的转动惯量辨识器的建立
• 4.3.4 基于MRAC 的转动惯量辨识的改进方案
• 4.4 负载转矩辨识及转速补偿
• 4.4.1 负载转矩辨识原理
• 4.4.2 转矩辨识与转速补偿的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 波轮洗衣机用PMSM 控制系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 硬件系统结构
• 5.2.1 开关电源电路设计
• 5.2.2 功率模块及电流检测电路设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 系统主程序设计
• 5.3.2 各功能模块程序设计
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢