基于高频注入法的无位置传感器永磁同步电动机调速系统

论文摘要

永磁同步电动机应用十分广泛,它无需励磁电流、运行效率和功率密度都很高。内埋式永磁同步电动机由于其响应速度快,精度高,抗干扰能力强,其应用场合更宽。深入研究包括零速在内的全速范围的转子位置、速度的估计方法,对实现永磁同步电动机无位置传感器控制系统具有重大意义。本文在阐述永磁同步电机基本结构并构建其数学模型的基础上,阐述了旋转高频注入法估算转子位置的原理,并且总结出适于零速和极低速方法应具备的三个基本特征:利用电动机的凸极效应、持续注入高频激励信号和需要高带宽的噪声过滤器;并应用这种转子位置自检测方法构建了基于高频注入法的永磁同步电机无传感器系统MATLAB/SIMULINK仿真模型;针对高频注入法、锁相环、同步轴高通滤波等环节的实现方法、参数的选取和关键技术进行了深入的分析和探讨。以内埋式永磁同步电机为被控对象,进行了无传感器矢量控制运行的相关仿真实验,得到了一定的结果。实验结果表明这种基于高频电压信号注入、凸极跟踪的转子位置自检测方法可以在全速范围内有效地观测出转子的位置和速度,采用无位置传感器运行的矢量控制系统具有良好的静、动态特性,而且对电动机参数的变化不敏感,对外界的干扰也具有很好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1. 课题的背景、研究意义及国内外研究现状
• 1.1 课题的背景
• 1.2 永磁同步电动机的无位置传感器控制方法
• 1.2.1 恒压频比控制
• 1.2.2 磁场定向矢量控制
• 1.2.3 直接转矩控制
• 1.3 永磁同步电机无位置传感器国内外研究状况
• 1.4 课题研究背景及意义
• 1.5 本论文研究内容和主要工作
• 第二章 永磁同步电机数学模型及矢量控制
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机的基本结构
• 2.3 电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）
• 2.3.1 SVPWM 的基本原理
• 2.4 永磁同步电动机的数学模型
• 2.4.1 坐标变换
• 2.4.2 永磁同步电机在dq轴系的数学模型
• 2.5 永磁同步电动机矢量控制
• 2.5.1 电流的控制策略
• d = 0矢量控制方法'>2.5.2 i_d = 0矢量控制方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于高频注入的位置估计方法
• 3.1 旋转高频信号注入法基本原理
• 3.2 高频激励下PMSM 的数学模型
• 3.3 PMSM 无传感器矢量控制系统设计
• 3.3.1 相位估计策略
• 3.3.2 高频电压信号的产生
• 3.3.3 高频激励下的电流信号轨迹
• 3.3.4 基于锁相环的转子位置估计
• 3.3.5 低通滤波器的设计
• 3.3.6 同步轴高通滤波器的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 高频注入法的永磁同步电动机系统仿真研究
• 4.1 仿真软件平台介绍
• 4.2 MATLAB 介绍
• 4.2.1 电机转子位置估计仿真研究
• 4.3 仿真过程需要的注意的问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 PMSM 调速系统软硬件设计
• 5.1 PMSM 调速系统的硬件设计
• 5.2 总体结构
• 5.2.1 系统主回路
• 5.2.2 电源电路的设计
• 5.2.3 驱动电路设计
• 5.2.4 光耦隔离的设计
• 5.2.5 电压和电流检测电路设计
• 5.3 控制电路设计
• 5.4 系统的软件实现
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 主程序流程图
• 5.4.3 中断子程序流程图
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢