永磁同步电机的无位置传感器矢量控制技术在变频空调中的应用研究

论文摘要

本文论述了永磁同步电机无位置传感器矢量控制技术的变频调速原理,及其在家用变频空调上的应用。技术的关键是设计位置和速度观测器,进而对位置和速度进行推算,实现电流环、速度环的双闭环控制。并通过空间矢量变频调速技术,输出正弦波电流,完成对永磁同步电机的控制。除位置和速度观测器外,电流和速度控制环的PI调节器性能决定了控制系统的动静态性能。PI调节器的工程设计方法很多,本文寻找了一种可靠合理并且工程上易实现的PI调节器设计方法,以便初步选定关键参数,为后续详细调整优化打下基础。空间矢量脉宽调制也是实现无传感器矢量控制的关键部分,传统的空间矢量脉宽调制算法比较复杂,实现时需要占用较多的处理器时间和存储空间,这在压缩机驱动等实时性要求较高的场合是不允许的。为了提高控制器的响应速度将传统空间脉宽矢量调制方法简化,以加快脉宽调制的处理速度。本文总结了一种直流变频压缩机无传感器控制转子速度和位置估计方法,同时推导了空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的工程实现方法、直流变频压缩机闭环控制速度环PI调节器和电流环PI调节器的工程设计方法以及数字低通滤波器的通用公式。本文提出了使用32位单片机实现该控制技术的实施方法。进行了相应硬件设计和软件设计。硬件设计包括驱动电路、相电流检测电路、交流电流和电压检测电路等。软件设计包括坐标变换,空间矢量调制,PWM波输出,电流检测,母线电压检测等功能。实验结果表明：本文研究的永磁同步电机无位置传感器矢量控制技术达到了预期目标,在实验负载条件下能够进行变频调速,电压、电流输出波形符合理论分析结论,电流输出为三相对称正弦波,转速符合控制要求,基本无振荡。在此基础上,今后还可以对系统的软件及硬件进行优化,可以提高PWM输出的载波频率,提高高频和低频下运转性能。同时深入研究更好的控制算法,更好的结合制冷系统,使变频空调的性能有一个大的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁同步电机概述及分类
• 1.2 同步电机调速技术的发展
• 1.2.1 同步电机技术特点
• 1.2.2 矢量控制变频技术的市场状况与发展趋势
• 1.2.3 永磁同步电机无位置传感器控制技术
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的研究目的与内容
• 第二章 永磁同步电机无位置传感器控制技术原理
• 2.1 位置和速度观测器设计
• 2.2 速度环和电流环PI调节器算法及工程实现
• 2.3 空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法的工程实现方法
• 2.4 数字低通滤波器的通用公式推导
• 本章小节
• 第三章 永磁同步压缩机驱动的硬件设计
• 3.1 IPM功能模块简介
• 3.1.1 DIP-IPM的优点
• 3.1.2 DIP-IPM内部电路图
• 3.1.3 短路过流保护时序图
• 3.1.4 驱动电源欠压保护时序图
• 3.1.5 模块内部过温保护时序图
• 3.2 变频空调驱动的电路原理
• 3.2.1 PFC交流电流采样电路、PFC模块硬件短路电流保护电路
• 3.2.2 IPM过电流保护电路
• 3.2.3 IPM相电流检测电路
• 3.2.4 直流母线电压检测电路
• 3.2.5 IPM保护电路
• 第四章 永磁同步压缩机驱动的软件设计
• 4.1 NEC 32位V850/IE2 MCU的简介
• 4.1.1 V850/IE2的主要特点
• 4.1.2 V850/IE2框图
• 4.1.3 V850/IE2的引脚排列图
• 4.1.4 V850/IE2定时器的电机控制功能简介
• 4.2 驱动软件流程图
• 4.2.1 主程序流程图
• 4.2.2 变频驱动子程序流程图
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录1 硬件原理图
• 附录2 变频驱动部分程序
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表