基于載波頻率成份法的永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)無位置傳感器控制系統(tǒng)是高性能電驅(qū)動控制領(lǐng)域的研究熱點。載波頻率成份法(Carrier Frequency Component Method，CFCM)利用逆變器本身的載波頻率成份，無需外加高頻激勵就能實現(xiàn)電機(jī)在全速域內(nèi)的無位置傳感器運行，已成為無位置傳感器控制研究的一個重要方向。因此，本文對基于載波頻率成份法實現(xiàn)的永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制系

2、統(tǒng)及其相關(guān)問題進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析和應(yīng)用研究，主要工作如下：
　　文中建立了永磁同步電機(jī)在常用參考坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。采用雙重傅立葉變換和Bessel理論對正弦波PWM調(diào)制中兩種常見的載波方式進(jìn)行了深入分析和比較，推導(dǎo)了逆變器輸出的載波頻率成份電壓方程，確定了三相三角載波調(diào)制方式適用于載波頻率成份法。研究了永磁同步電機(jī)在α-β軸系和γ-δ軸系下的載波頻率成份模型，根據(jù)三相載波調(diào)制下兩個兩相參考軸系的電流峰值方程推導(dǎo)了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的

3、估算公式，并給出了理論分析結(jié)果。
　　采用載波頻率成份法估算電機(jī)轉(zhuǎn)子位置時，系統(tǒng)參數(shù)以及逆變器非線性效應(yīng)會對估算結(jié)果產(chǎn)生影響，本文對此進(jìn)行了深入的分析和研究。首先，分析了電機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載以及電機(jī)凸極比變化對轉(zhuǎn)子位置估算誤差的影響。其次，分析了逆變器載波頻率大小對轉(zhuǎn)子位置估算精度以及電機(jī)定子電流質(zhì)量和電磁轉(zhuǎn)矩脈動的影響，為逆變器載波頻率的選擇提供了依據(jù)。再次，在分析逆變器非線性效應(yīng)的基礎(chǔ)上，研究了非線性效應(yīng)對基于CFCM實現(xiàn)的PMSM

4、無位置傳感器控制系統(tǒng)性能的影響，并提出了補(bǔ)償措施。
　　正確辨別轉(zhuǎn)子的初始位置極性對實現(xiàn)永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制十分必要。為了解決電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置極性檢測問題，文中研究了永磁體磁勢和電樞磁勢共用作用下的電機(jī)電感特性，并進(jìn)行了有限元分析和實驗驗證。在此基礎(chǔ)上建立了電機(jī)磁飽和情況的磁鏈和電感模型，利用d、q軸磁路飽和程度的不同，采用外差法實現(xiàn)了三相載波調(diào)制下永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置極性的辨別，并進(jìn)行了仿真和實驗驗證，為實現(xiàn)高性能

5、永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制創(chuàng)造了條件。
　　為了提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和抗擾動性能，控制系統(tǒng)采用Anti-windup控制器。針對永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中實際存在的積分飽和現(xiàn)象，在傳統(tǒng)PID控制器設(shè)計的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)控制器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了采用Anti-windup控制器和CFCM實現(xiàn)的永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)。
　　最后，設(shè)計了一套永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)實驗裝置。采用三相載波調(diào)制方式下的載波頻率成份法實現(xiàn)了永磁同