冰箱压缩机的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

摘要

近年来，在冰箱压缩机领域，相比于异步电机而言，永磁同步电机在相同的容量条件下，效率提高约2％-8％。同时，永磁材料性能的提高与价格的降低，使得永磁同步电机的应用得到快速的发展。因此，永磁同步电机成为冰箱压缩机领域的新宠。 针对永磁同步电机的转子位置检测，由于冰箱压缩机内部高温高压环境的限制，传统位置传感器技术观测到的位置精度往往会受到很大影响。因此，为了克服上述缺点，本文提出了一种基于反电动势的无位置观测方法。该方法主要利用了滑模观测器与锁相环技术，可以准确地实时估算转子位置与速度，并有效地改善了冰箱压缩机的低频启动性能。 本文的工作关键在于滑模观测器的设计，目的是实现冰箱压缩机的无位置传感器矢量控制系统的有效性与稳定性。为此，本文分别从理论推导、仿真验证、实验验证三个方面进行展开。对于理论推导方面，本文通过在静止两相坐标系下，利用永磁同步电机电流状态方程与滑模观测器电流状态方程，得到状态误差方程，并经锁相环模块，推导出转子位置和速度。对于仿真验证方面，根据理论推导，构造出滑模观测器模块，并结合锁相环模块、坐标变换模块、空间矢量脉宽调制模块等，搭建了永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统仿真模型，进行了仿真实验。对于实验验证方面，通过以PAC5223控制板为核心，结合滑模观测器算法等，搭建了系统实验平台，并进行相关一系列实验。 仿真和实验结果表明:本文设计的冰箱压缩机的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统低频启动性能较好，转子位置与速度估算准确，定频、变频运行稳定，制冷效果较好，从而验证了该控制系统的可行性、有效性与稳定性，并具有一定的工程实践意义。

目录

声明

摘要

1．1．1研究背景

1．1．2课题研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1冰箱压缩机控制技术的发展

1．2．2冰箱压缩机无位置控制策略的研究现状

1．3论文主要工作和结构安排

1．3．1论文主要工作

1．3．2论文结构安排

第二章冰箱压缩机的永磁同步电机数学模型及控制策略

2．1冰箱压缩机的基本原理及负载特性

2．1．1冰箱制冷系统简介

2．1．2压缩机的工作原理

2．1．3压缩机的负载特性

2．2永磁同步电机的简介

2．3永磁同步电机的数学模型

2．3．1三相静止坐标系下的数学模型

2．3．2三相坐标变换

2．3．3两相静止坐标系下的数学模型

2．3．4两相旋转坐标系下的数学模型

2．4．1永磁同步电机开环控制方法

2．4．2永磁同步电机矢量控制方法

2．4．3 SVPWM调制方法

2．5无位置传感器矢量控制系统方案

2．6本章小结

第三章无位置传感器技术

3．1滑模变结构控制

3．1．1滑模变结构控制的基本理论

3．1．2滑模变结构的控制器设计

3．1．3滑模变结构控制的抖振问题

3．2永磁同步电机滑模观测器设计

3．2．1滑模观测器构建

3．2．2转子速度和位置估算

3．3永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统仿真与分析

3．3．1永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统仿真模型

3．3．2仿真实验分析

3．4本章小结

第四章冰箱压缩机的永磁同步电机无位置传感器矢量控制设计

4．1系统硬件设计

4．1．1控制电路

4．1．2主电路

4．1．3检测电路

4．1．4通信电路

4．2系统软件设计

4．2．1软件开发环境

4．2．2系统主程序结构设计

4．2．3系统主中断程序结构设计

4．2．4滑模观测器结合锁相环软件设计

4．2．5速度PI调节软件设计

4．3本章小结

5．1系统实验平台搭建

5．2系统实验与分析

5．2．1压缩机启动过程实验与分析

5．2．2转子估算位置实验与分析

5．2．3转子估算速度实验与分析

5．2．4压缩机稳定运行实验与分析

5．2．5压缩机制冷实验与分析

5．3本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读研究生期间学术成果

致谢