永磁同步电机无传感器矢量控制方法研究及仿真

论文摘要

永磁同步电动机的运动控制需要精确的转子磁极位置信号去实现磁场定向。传统机械传感器检测电机转速和磁极位置的方法,存在成本高、可靠性低、恶劣环境下适应能力差等问题。因此,研究一种可靠的、低成本的无需机械传感器的控制方法,便成了电机控制技术领域中的一个研究热点。模型参考自适应方法是一种基于基波励磁估算转子位置和速度的方法。在中、高速具有非常好的控制效果。脉动高频信号注入法是利用电动机的磁饱和效应来估计转子实际位置,特别在零速到低速有非常好的控制效果。本文在研究上述两种方法的基础上,主要完成了以下几个方面的工作:建立了基于实时定子电阻辨识的MRAS永磁同步电机无传感器矢量控制系统并进行了仿真。该系统能够很好的完成对转子位置、速度和定子电阻的估算,对定子电阻的变化有很强的鲁棒性,估算精度基本上能满足矢量控制系统的要求,可以在中高速达到很好的动静态性能。在改进的MRAS和基于id = 0的永磁同步电机矢量控制方法的基础上,建立了简化的MRAS模型,其结构简单,计算量小,同时具有良好的动态性能,仿真结果验证了该方法的可行性,可与改进的MRAS根据需求不同选择不同的控制方法。为了解决MRAS在低速时转速估计误差大的缺陷,引入了脉动高频信号注入法,该方法特别适用于系统低速运行时的转子速度估计。通过加权算法对估计转速进行有机结合,实现了两种方法的平滑切换,这种复合方法既能够在低速时准确地观测出转子的空间位置和速度,也能够保证高速运行时较快的动态响应。通过仿真验证了该方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究现状及研究水平
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 永磁同步电动机矢量控制原理
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型
• 2.2 永磁同步电动机的矢量调速原理
• 2.3 本章总结
• 第三章 基于SVPWM 的永磁同步电机矢量控制
• 3.1 SVPWM 简介
• 3.2 SVPWM 与SPWM 在PMSM 矢量控制中的比较研究
• 3.2.1 Matlab/Simulink 简介
• 3.2.2 永磁同步电机的simulink 仿真
• 3.2.3 SVPWM 模块的simulink 仿真
• 3.2.4 SPWM 模块的Simulink 仿真
• 3.2.5 基于SPWM 与SVPWM 的永磁同步电机矢量控制仿真
• 3.3 本章总结
• 第四章 基于MRAS 的永磁同步电机无传感器控制方法及仿真
• 4.1 MRAS 理论
• 4.1.1 参考模型、可调模型和状态变量
• 4.1.2 确定自适应规律
• 4.2 基于MRAS 的永磁同步电机无传感器控制方法
• 4.2.1 基于面装式PMSM 的参考模型和可调模型
• 4.2.2 基于面装式PMSM 的自适应规律
• 4.2.3 PMSM 转子速度和位置估计
• 4.3 基于MRAS 与SVPWM 的永磁同步电机无传感器控制方法仿真
• 4.4 基于MRAS 的永磁同步电机无传感器控制方法改进与仿真
• 4.4.1 定子电阻的自适应规律
• 4.4.2 改进后的MRAS 仿真
• 4.4.3 简化的MRAS 模型
• 4.5 本章总结
• 第五章 高频信号注入法在低速时的应用
• 5.1 脉动高频电压信号注入法原理分析
• 5.2 脉动高频信号注入法模型
• 5.3 与MRAS 的结合
• 5.4 本章总结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文