基于转子磁链观测器的可控磁通永磁同步电机矢量控制研究

论文摘要

传统永磁同步电动机永磁体励磁固定,直轴电感小,弱磁升速困难。内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机充分利用铝镍钴永磁体剩磁密度高、矫顽力低,而钕铁硼永磁体剩磁密度和矫顽力都很高的特点,在转子空间内合理放置两种永磁体,在不增加逆变器容量的情况下,利用三相定子绕组施加直轴电流矢量id脉冲产生的直轴电枢磁动势,即可控制电机永磁气隙磁场的强弱,可以在很宽的调速范围内运行。本文对内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机的运行原理进行了深入的研究和分析,在id=0矢量控制策略下,增加了增去磁判断模块。在正常工作时采用id=0控制方式,当调整转子磁通时,另交轴电流给定iqref=0,当iq的绝对值减小到设定的某一最小电流Imin后,施加增磁或去磁控制所需要直轴电流给定idref,在增磁或去磁控制目的完成后,重新将直轴电流给定idref切换到0,即令idref=0,电机直轴电流id迅速减小;等待到直轴电流id绝对值小于预置的最小电流Imin后,再将iqref切换到正常运行时的值。重新恢复到控制器以转子永磁磁场进行磁场定向的直轴电流id=0矢量控制策略运行方式。针对此电机磁通可控的特点,设计了转子磁链观测器用以估算转子磁链的大小。分别采用自适应观测器和基于扩展卡尔曼滤波的磁链观测器的系统进行了深入研究,对两种方案加以对比。由于电机工作时内部磁场的剧烈变化,传统的PI控制器难以满足控制系统的要求,本文提出了一种具有参数自整定功能的速度控制器。在MATLAB/Simulink对整个矢量控制系统进行仿真,验证了所提出的基于转子磁链观测器的可控磁通永磁同步电动机矢量控制系统是可行的,且该系统有较好的静态、动态性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁同步电机概述
• 1.2 永磁同步电动机的弱磁调速
• 1.3 本文重点研究内容
• 1.3.1 可控磁通永磁同步电机矢量控制系统
• 1.3.2 转子磁链观测器
• 1.3.3 参数自整定速度控制器
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机
• 2.1 永磁材料及其磁特性
• 2.2 4 极内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机
• 2.3 4 极内置混合式可控磁通永磁同步电机样机试验分析
• 第三章 可控磁通永磁同步电动机矢量控制分析
• 3.1 内置式可控磁通永磁同步电动机数学模型
• 3.1.1 坐标变换
• 3.1.2 内置式混合式可控磁通永磁同步电机dq系下数学模型
• 3.2 可控磁通永磁同步电动机矢量控制系统设计
• 3.3 可控磁通永磁同步电机控制系统硬件电路设计
• 3.4 电压空间矢量脉宽调制技术
• 3.4.1 电压空间矢量脉宽调制技术的基本原理
• 3.4.2 电压空间矢量脉宽调制技术的实现
• 第四章 基于转子磁链观测器的参数自整定速度控制器
• 4.1 转子磁链观测器
• 4.1.1 自适应观测器
• 4.1.2 扩展的卡尔曼滤波器技术
• 4.1.3 转子磁链观测器仿真分析
• 4.2 具有参数自整定功能的速度控制
• 4.2.1 电流环控制器设计
• 4.2.2 速度环控制器设计
• 4.2.3 速度控制器仿真分析
• 第五章 可控磁通永磁同步电动机矢量控制系统MATLAB仿真分析
• 5.1 可控磁通永磁同步电动机矢量控制系统建模
• 5.2 可控磁通永磁同步电机矢量控制系统仿真分析
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢