基于脉振高频电压注入PMSM无位置传感器研究

摘要

近年来，对于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)无位置传感器的研究得到了得到了广泛的关注和支持。零速和低速运行是当前永磁同步电机无位置控制技术的难点和热点。而表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM)由于其结构特性及应用的广泛性，其无位置传感器控制研究更为困难和迫切。因此，本文基于脉振高频信号注入法，围绕表贴式永磁同步电机在零速和低速下的无位置传感器技术来展开研究。
　　本文首先介绍了永磁同步电机及其控制技术的发展研究现状，并对当前的永磁同步电机无位置传感器控制技术做了重点介绍。
　　其次分析了永磁同步电机的数学模型和矢量控制的基本原理，选取了直轴电流为零的控制策略。搭建了有位置传感器表贴式永磁同步电机矢量控制仿真模型，仿真结果验证了系统具有良好的控制性能。
　　然后研究了表贴式永磁同步电机的“饱和凸极性”和脉振高频信号注入法的基本原理。转子位置信息提取的快速性和准确性对高频注入法位置跟踪性能有极大的影响，本文将电力系统中对电信号的分析方法引用到转子位置信息的跟踪中，分析比较自适应陷波滤波器，二维线性正弦跟踪器和增强锁相环的优缺点，最后将增强锁相环进行改进以跟踪转子位置信息，并直接将两个增强锁相环与一个低通滤波器进行并联以分析估计电流，仿真结果证明了该方法比原采用Butterworth滤波器的方法有更快的响应速度和更高的精度。同时针对角度观测器参数直接计算和手动调节均比较困难的情况，采用粒子群算法优化进行角度观测器参数的自整定。分别搭建了初始位置检测、低速起动运行的仿真模型，仿真结果验证了所提方案的正确性和合理性。
　　为避免二次注入其它形式的信号来判别转子磁极，利用估计电流的二次谐波进行直轴正方向的判断，有效改善了常用注入正反电压法存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。并在此基础上比较了几种利用二次谐波进行角度校正方法的优缺点，最终选择了直接修改估计角度的校正方法，该方法还可以在电机运行时检测电机是否失步，从而校正转子估计角度。
　　最后，搭建基于TMS320F2812的永磁同步电机控制平台，详细阐述了相关硬件的具体电路设计和相关软件设计流程。针对一台1.5kW的表贴式永磁同步电机进行了实验研究，实验结果验证了所提方案的可行性。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 永磁同步电机及其控制系统的发展

1.3 永磁同步电机无位置传感器控制技术

1.4 论文的主要内容

第二章 PMSM数学模型及矢量控制方案

2.1 引言

2.2 永磁同步电机数学模型

2.3 永磁同步电机矢量控制策略

2.4 系统建模与仿真

2.5 本章小结

第三章 基于脉振高频电压注入的转子位置检测

3.1 引言

3.2 传统脉振高频信号注入法原理

3.3 改进的转子位置信息提取方法

3.4 角度观测器参数整定

3.5 系统建模与仿真

3.6 本章小结

第四章 关于SPMSM直轴正方向判断的研究

4.1 引言

4.2 高频信号二次谐波分析

4.3 对直轴正方向的校正研究

4.4 系统建模与仿真

4.5 本章小结

第五章 PMSM无位置传感器数字控制系统的设计

5.1 引言

5.2 系统硬件结构设计

5.3 系统软件结构设计

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文