永磁同步电机转子初始位置估计

论文摘要

永磁同步电机(PMSM)具有高效率、高功率密度、控制性能好、启动特性好等优点。然而转子初始位置的准确检测是PMSM可靠启动的必要保证。转子初始位置偏差将引起电机启动电流过大,甚至会造成电机过流或发生反转,负载较大时情况更加严重。本文针对PMSM的转子初始位置估计的问题进行了深入的研究。基于转子预定位的PMSM初始位置估计是一种常用的方法。本文分析了转子预定位法的原理和初始位置估计精度的影响因素,采用了电流闭环的转子预定位方法,并提出平均值法来克服摩擦力引起的初始位置估计误差。该方法可以准确的估计空载条件下的转子初始位置。针对负载对转子初始位置估计的影响,在分析转子初始位置偏差与电流矢量、电磁转矩关系的基础上,提出了基于电流矢量控制的PMSM转子初始位置估计方法。将该方法与转子预定位法相结合,可以克服极限位置下无法进行初始位置估计的问题。所提出的方法实现了较大负载条件下的初始位置估计。针对在转子静止条件下进行初始位置估计的问题,在PMSM饱和凸极效应分析的基础上,对基于饱和凸极效应的转子初始位置估计的原理进行分析,研究了具体的实现方法。通过采用电压矢量优化和对电流矢量进行后处理的方法来提高初始位置估计的精度,实现了负载条件下的转子初始位置估计。最后,对基于高频信号注入的PMSM转子初始位置估计方法进行了研究,分析了旋转高频电压注入法的原理,并进行了仿真验证。该方法可以在负载条件下准确地估计内嵌式永磁同步电机的转子初始位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外技术发展现状
• 1.2.1 永磁同步电机控制系统的发展现状
• 1.2.2 永磁同步电机位置估计技术的发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 基于转子预定位的转子初始位置估计
• 2.1 基于转子预定位的初始位置估计原理与实现
• 2.1.1 初始位置估计原理
• 2.1.2 实现方法
• 2.2 精度影响因素的分析
• 2.2.1 摩擦力的影响
• 2.2.2 负载转矩的影响
• 2.2.3 定位力矩的影响
• 2.3 摩擦力误差的克服
• 2.4 实验研究
• 2.5 转子预定位法的适用性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于电流矢量控制的转子初始位置估计
• 3.1 电磁转矩与电流矢量的关系
• 3.1.1 永磁同步电机数学模型
• 3.1.2 假想的d′- q ′坐标系
• 3.1.3 d′- q′坐标系下电流矢量与电磁转矩的关系
• 3.2 基于电流矢量控制的初始位置估计原理与实现
• 3.2.1 初始位置估计原理
• 3.2.2 实现方法
• 3.3 带载能力分析
• 3.4 实验研究
• 3.5 适用性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于饱和凸极效应的转子初始位置估计
• 4.1 永磁同步电机饱和凸极效应分析
• 4.2 初始位置估计原理及有限元计算
• 4.2.1 初始位置估计原理
• 4.2.2 有限元计算
• 4.3 实现方法
• 4.3.1 电压矢量脉冲的注入
• 4.3.2 实现步骤
• 4.4 提高精度的方法
• 4.4.1 电压矢量优化
• 4.4.2 电流响应后处理
• 4.5 实验研究
• 4.6 适用性分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于高频信号注入转子初始位置估计
• 5.1 凸极PMSM数学模型
• 5.2 旋转高频电压信号注入法
• 5.2.1 高频电压信号激励
• 5.2.2 电流信号解调
• 5.3 仿真分析
• 5.4 适用性分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢