永磁同步电机直接转矩控制的定子磁链观测方法研究

论文摘要

直接转矩控制（DTC）是一种新兴的高性能交流电机控制技术。近年来,永磁同步电机的直接转矩控制技术成为交流伺服领域的研究热点。传统的直接转矩控制存在磁链和转矩脉动大,低速性能差的缺点。而且定子磁链的准确观测对直接转矩控制系统的性能至关重要。因此,本文对隐极式永磁同步电机（SPMSM）直接转矩控制与定子磁链观测方法进行了深入的研究。为了抑制传统直接转矩控制系统的磁链与转矩脉动,改善系统稳态性能,本文采用了基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制策略（SVM-DTC）,详细分析了其基本原理和系统结构。并在Saber仿真软件中搭建了仿真平台,同时设计了硬件实验平台,通过仿真与实验对SPMSM的SVM-DTC、传统DTC、矢量控制（VC）三种策略进行了比较研究。研究结果表明SVM-DTC控制策略有效地抑制了磁链与转矩脉动,改善了转速控制的稳态性能,同时保持了DTC控制动态响应迅速的特点,其动静态性能与VC控制基本一致。然后本文在SPMSM的SVM-DTC控制系统基础上,重点对定子磁链观测方法进行了研究,提出了两种新型的定子磁链观测器,以提高磁链观测的动静态性能和对参数变化的鲁棒性。第一种是在两相静止坐标系下设计了具有定子电阻辨识能力的自适应定子磁链观测器;第二种是在转子两相旋转坐标系下设计了自适应定子电流观测器,用来进行电机定子电阻和定子电感参数的在线辨识,并将辨识参数应用于全阶定子磁链观测器中。本文采用Lyapunov稳定性理论设计了观测器的参数自适应律和反馈增益矩阵,保证了自适应观测器的稳定性。并通过仿真与实验证实了这两种新型定子磁链观测器的有效性与强鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 永磁同步电机直接转矩控制研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制
• 2.1 永磁同步电机的数学模型
• 2.2 永磁同步电机矢量控制理论
• 2.3 永磁同步电机直接转矩控制理论
• 2.4 基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制
• 2.5 本章小结
• 3 基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制系统研究
• 3.1 系统仿真模型设计
• 3.2 仿真结果及分析
• 3.3 实验平台设计
• 3.4 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 4 自适应定子磁链观测器
• 4.1 自适应定子磁链观测器
• 4.2 自适应定子磁链观测器在直接转矩控制系统中的应用
• 4.3 仿真研究
• 4.4 实验研究
• 4.5 本章小结
• 5 基于参数自适应辨识的全阶定子磁链观测器
• 5.1 基于自适应定子电流观测器的电机参数在线辨识
• 5.2 基于参数自适应辨识的全阶定子磁链观测器
• 5.3 仿真研究
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 6.1 全文研究工作总结
• 6.2 进一步工作和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 正文中用到的电机参数
• 附录2 作者在攻读硕士学位期间发表的论文