永磁同步电机无速度传感器控制系统的研究

论文摘要

近年来,凸极式永磁同步电机由于其高的功率密度、高效率以及控制简单等优点,在传动领域得到了广泛的应用。为了实现永磁同步电机的矢量控制,需要获得精确的转子位置以用于控制速度和转矩。通常是使用机械速度或位置传感器如编码器和旋转变压器,这样就增加了系统的成本和复杂程度,同时也使得系统的可靠性和抗干扰能力大大降低。无速度传感器控制系统不仅可以降低硬件系统的复杂程度和成本,而且还可以提高整个系统的可靠性。因此凸极式永磁同步电机(IPMSM)的无传感器控制已经成为一个热门的研究领域。本文首先简要介绍了永磁同步电动机及其常用无速度传感器控制策略的发展概况。然后根据永磁同步电机的分类和其经典的数学模型,详细介绍了永磁同步电动机三种常用的矢量控制策略,并逐一分析了它们的优点和不足,选出了在本文的系统中适用的控制方法。其次本文详细介绍了“有效磁链”的概念,并基于此来设计转子位置和速度观测器。虽然大量的无传感器控制方法被提出,但是绝大多数方法在低速情况下效果不好。这种新的观测器不需要速度自适应,因此在低速时的转速估计误差不会影响观测器的表现。文中同时分析了传统PI控制存在的不足,随后根据模糊逻辑设计了一种简单有效的模糊PI控制策略,并利用MATLAB/SIMULINK对无速度传感器算法进行了仿真分析。文章最后给出了永磁同步电动机驱动系统的硬件电路、软件流程、和实验波形,实验结果证明了这种新的无速度传感器控制方法的有效性及实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电机驱动系统的发展
• 1.2 永磁同步电机及其常用控制理论
• 1.2.1 永磁同步电机的发展
• 1.2.2 永磁同步电机控制策略的发展
• 1.3 无速度传感器永磁同步电动机驱动系统的研究
• 1.3.1 无传感器控制技术的发展概况
• 1.3.2 常用无速度传感器控制方法
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 永磁同步电机数学模型和矢量控制
• 2.1 永磁同步电机的分类
• 2.2 永磁同步电机数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制
• 2.3.1 最大转矩/电流控制
• d=0控制'>2.3.2 i_d=0控制
• 2.3.3 弱磁控制
• 2.4 模糊PI控制
• 2.4.1 PID控制器
• 2.4.2 模糊PID控制系统
• 2.4.3 模糊PID系统的MATLAB仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于有效磁链的无速度传感器矢量控制
• 3.1 常见凸极电机模型
• 3.1.1 凸极同步电机模型
• 3.1.2 同步磁阻电机模型
• 3.2 有效磁链的概念
• 3.3 基于有效磁链的永磁同步电机无速度传感器控制
• 3.3.1 IPMSM的模型变换
• 3.3.2 定子磁链观测器
• 3.3.3 Lyapunov稳定性分析
• 3.3.4 定子电阻辨识
• 3.3.5 转子速度辨识
• 3.4 无速度传感器的MATLAB仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机驱动系统的硬件设计
• 4.1 永磁同步电动机驱动系统主电路设计
• 4.1.1 三相整流桥的选择
• 4.1.2 IGBT模块选择
• 4.1.3 滤波电容及预充电电路的选择
• 4.1.4 制动单元选择
• 4.2 永磁同步电动机驱动系统控制电路设计
• 4.2.1 控制芯片
• 4.2.2 电流检测电路
• 4.2.3 IGBT驱动电路
• 4.3 本章小结
• 第5章 永磁同步电动机驱动系统的软件设计
• 5.1 系统软件设计
• 5.2 实现结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录