永磁同步电机无速度传感器控制方法的研究

论文摘要

在永磁同步电机调速系统中,转子的位置和转速是两个不可缺少的参数。虽然通过安装在转轴上的传感器可以获得精确的测量值,但是传感器的安装将会增加系统成本、增大电机体积并降低系统的可靠性。无转速传感器的控制系统只需要电流、电压等物理量并通过一定的方法就能估计出转子位置和转速。由于省去了速度传感器,无速度传感器的电机调速系统具有结构简单、体积小、成本低、可靠性高等优点。本文以表面式永磁同步电机为研究对象,分别采用模型参考自适应及滑模变两种方法实现了电机的无速度传感器控制。针对负载扰动引起转速波动的问题,对速度补偿方法进行了研究。针对传统P1控制的缺陷,设计了一种模糊PI控制器,并将其应用到转速环中。本论文的主要工作体现在以下几个方面：1、研究了矢量控制理论及SVPWM的原理,建立了永磁同步电机的矢量控制系统。2、针对负载扰动的问题,设计了一种电机负载观测器,并根据观测到的负载进行速度补偿以抑制负载扰动时引起的转速波动,仿真结果表明该方法十分有效。3、对模型参考自适应理论进行了深入研究,利用模型参考自适应的方法在线辨识出电机的转速和转子位置。构造基于该方法的控制系统仿真模型,仿真结果验证了该方法的有效性。4、深入研究了滑模变结构控制系统,并利用滑模观测器对电机的转速和转子位置进行估计。构造基于该方法的控制系统仿真模型,仿真结果验证了该方法的有效性和合理性。5、根据模糊控制理论设计了一种模糊PI控制器,用之代替转速环上的常规控制器,并对两种控制器进行了仿真比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 永磁同步电机的物理结构及其数学模型
• 2.1 永磁同步电机的结构
• 2.1.1 同步电动机概述
• 2.1.2 永磁同步电机的物理结构
• 2.1.3 永磁同步电机的特点及分类
• 2.2 三相永磁同步电机的坐标系及坐标变换
• 2.2.1 坐标变换原理
• 2.2.2 Clarke变换及逆变换
• 2.2.3 Park变换及逆变换
• 2.3 三相永磁同步电机的数学模型
• 2.3.1 两相静止坐标系下的数学模型
• 2.3.2 两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 永磁同步电机带转速传感器的控制系统
• 3.1 空间矢量脉宽调制（SVPWM）
• 3.1.1 SVPWM的原理及实现
• 3.1.2 SVPWM的特点
• 3.1.3 SVPWM的仿真实现
• 3.2 永磁同步电机矢量控制
• 3.2.1 矢量控制的原理
• 3.2.2 永磁同步电机矢量控制的策略
• 3.2.3 永磁同步电机带转速传感器控制系统的Simulink仿真
• 3.3 负载转矩辨识与速度补偿
• 3.3.1 速度补偿原理
• 3.3.2 永磁同步电机负载转矩观测的方法
• 3.3.3 速度补偿的仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于模型参考自适应的永磁同步电机速度辨识
• 4.1 模型参考自适应概述
• 4.1.1 模型参考自适应控制的基本原理
• 4.1.2 模型参考自适应系统的分类
• 4.1.3 并联模型参考自适应系统的数学描述
• 4.1.4 波波夫超稳定性理论
• 4.2 模型参考自适应速度辨识及仿真
• 4.2.1 MRAS速度估计方法
• 4.2.2 基于MRAS速度辨识的PMSM控制系统的仿真模型
• 4.2.3 仿真结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于滑膜观测器的永磁同步电机转速辨识
• 5.1 滑动模态变结构
• 5.1.1 滑动模态变结构系统的基本概念
• 5.1.2 滑动模态变结构系统设计时需注意的问题
• 5.1.3 滑模变结构系统的抖振问题
• 5.2 滑膜观测器的速度辨识方法
• 5.2.1 消抖处理
• 5.2.2 使用锁相环估计转速
• 5.3 滑膜观测器矢量控制系统的仿真
• 5.3.1 仿真模型
• 5.3.2 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 永磁同步电机的模糊控制
• 6.1 模糊控制
• 6.1.1 模糊控制的原理和基本结构
• 6.1.2 模糊控制器
• 6.2 模糊PI自整定的原理
• 6.3 永磁同步电机模糊PI控制及仿真
• 6.3.1 模糊PI控制器的实现及仿真模型
• 6.3.2 仿真结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情祝表