永磁同步电机无传感器矢量控制技术研究

论文摘要

永磁同步电机(PMSM)以其体积小、效率高、节能等优点,在诸如航空航天、数控加工、机器人等领域得到广泛应用。在以PMSM为执行机构的矢量控制系统中,转速与位置的反馈至关重要,传统的机械式传感器成本高、环境适应性差、不易维护,因此无传感器技术成为当前研究热点。本文在深入研究PMSM数学模型和空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理的基础上,确立了基于id = 0转子磁场定向的矢量控制策略,利用Saber Designer仿真软件构建了系统物理仿真模型。从工程实现的角度设计了PMSM有传感器矢量控制系统的电流环、转速环数字PI调节器。从优化系统的动态性能角度出发,通过引入转速微分负反馈来抑制超调,通过引入负载转矩补偿算法来增强系统的抗干扰性能。仿真实验表明该有传感器控制系统精度高、超调小、抗干扰能力强。在有传感器PMSM矢量控制系统的基础上,研究了基于模型参考自适应算法(MRAS)的无传感器估算系统。设计了以PMSM自身作为参考模型,带有状态反馈矩阵的电流模型作为可调模型的MRAS转速估算系统,利用超稳定性理论通过对波波夫不等式逆向求解获得转速估算的自适应律。仿真实验表明,基于MRAS的无传感器转速估算系统具有较好的动静态性能。鉴于转子初始位置对于PMSM矢量控制系统磁场定向的重要性,本文还分别给出了有传感器和无传感器运行时转子初始位置的定位方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 无传感器技术的研究现状
• 1.3 全文研究内容及安排
• 2 永磁同步电机矢量控制原理
• 2.1 坐标变换
• 2.2 基于转子磁场定向的矢量控制策略
• 2.3 空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理
• 2.4 本章小结
• 3 永磁同步电机矢量控制系统设计与仿真
• 3.1 电流环和速度环调节器的设计
• 3.2 PMSM 矢量控制系统动态性能的改善
• 3.3 PMSM 矢量控制系统仿真研究
• 3.4 本章小结
• 4 基于MRAS 的永磁同步电机无传感器技术研究
• 4.1 基于MRAS 的转速估算原理
• 4.2 PMSM 无传感器矢量控制系统仿真研究
• 4.3 转子初始定位
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文