基于高频注入法的永磁同步电机无传感器控制系统研究

论文摘要

电动汽车是解决能源危机和环境污染这两大难题的重要途径,因而逐渐成为新一代交通工具的主要发展方向。鉴于永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率密度高等优点,已经在电动汽车的驱动系统中得到广泛应用。为了进一步降低电动汽车电气驱动系统的成本与复杂性,并提高控制系统的可靠性,永磁同步电机无传感器矢量控制系统成为当前亟待解决的问题。本文针对这一问题,设计了基于高频注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制系统。本文首先对高频注入法估计转子位置和转速的原理进行理论分析,然后,建立了基于高频注入法的永磁同步电机无传感器系统MATLAB/SIMULINK仿真模型,完成了以TMS320LF2407 DSP为控制核心的PMSM全数字无传感器矢量控制系统的软件设计,并针对纯延时滤波、锁相环、同步轴高通滤波等环节的实现方法、参数的选取和关键技术进行了深入的分析和探讨。在此基础上,以一内置式永磁同步电机为被控对象,进行了无传感器矢量控制运行的相关实验,得到了详实的实验数据和实验结果。最后,对多凸极、逆变器非线性、电流调节器、多个滤波器的使用等影响转子位置估计精度的因素进行了深入分析,重点探讨了如何通过静态凸极的解耦以减小转子位置估计值的波动,以及如何对电流调节器参数进行合理设计以减小转子位置估计值和实际值的滞后角。理论分析、仿真与实验结果均证明了基于高频注入法的PMSM无传感器矢量控制系统可以在全速范围内有效的跟踪转子位置和估计出转速,并具有较好的静态与动态性能。此外,这种方法对电机参数的变化具有较强的鲁棒性,因而实用性较强,完全可以在工程上应用于具有良好发展前景的电动车控制系统之中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 无传感器研究现状
• 1.3 本论文研究内容和主要工作
• 第二章 永磁同步电机数学模型及矢量控制
• 2.1 永磁同步电机结构及特征
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.3 永磁同步电机矢量控制
• 2.3.1 矢量控制基本原理
• d =0 矢量控制方式'>2.3.2 i_d =0 矢量控制方式
• 第三章 基于高频注入法的PMSM无传感器矢量控制系统设计
• 3.1 高频注入法估计转子位置和转速的基本原理
• 3.2 转子初始位置检测
• 3.3 PMSM无传感器矢量控制系统设计
• 3.3.1 纯延时滤波提取高频电流信号
• 3.3.2 同步轴高通滤波器提取负相序信号
• 3.3.3 基于锁相环的转子位置估计
• 3.4 PMSM无传感器矢量控制系统实现
• 3.4.1 系统硬件平台介绍
• 3.4.2 系统软件设计
• 第四章 PMSM无传感器矢量控制系统仿真和实验研究
• 4.1 MATLAB/SIMULINK仿真研究
• 4.1.1 电机静止时转子位置估计仿真研究
• 4.1.2 电机旋转时转子位置估计仿真研究
• 4.2 实验研究
• 4.2.1 电机静止时转子位置估计实验研究
• 4.2.2 电机旋转时转子位置估计实验研究
• 4.3 提高转子位置估计精度的方法
• 4.3.1 多凸极解耦
• 4.3.2 逆变器非线性
• 4.3.3 电流环参数合理设计
• 4.3.4 滤波器的合理设计
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本论文的主要研究成果和结论
• 5.2 本课题后续工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢