基于電力電子系統(tǒng)集成概念的PMSM無傳感器控制研究.pdf

1、電力電子系統(tǒng)集成已經(jīng)逐漸成為電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。所謂電力電子系統(tǒng)集成包含兩個層次的含義：一個是模塊級的集成，即電力電子子系統(tǒng)的集成；另一個是系統(tǒng)級的集成，即電力電子應用系統(tǒng)的集成。電力電子集成傳動系統(tǒng)作為一種電力電子應用系統(tǒng)的集成，不僅需要集成化的電力變換模塊，還需要能夠?qū)㈦姍C轉(zhuǎn)子位置和速度的估計、端電壓和電流的檢測、轉(zhuǎn)矩和磁鏈的觀測等三類傳感器的功能集成于一體化的集成傳感器模塊。在集成傳感器的構(gòu)想中，最難實現(xiàn)的是全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子位

2、置和速度的檢測。對此，本文從電力電子集成的嶄新視角，對無位置/速度傳感器控制技術(shù)和集成傳感器模塊進行了從理論到實驗的探索性研究，其主要工作及成果有： 一、詳細討論了三種高頻信號注入法—旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法、旋轉(zhuǎn)高頻電流信號注入法和脈振高頻電壓信號注入法的工作原理及其在永磁同步電機無位置傳感器運行控制中的應用，并對其進行了全面的仿真研究和比較。研究表明，高頻電流信號注入法對電流調(diào)節(jié)器的要求比較高，而且系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，因此應用

3、較少。脈振高頻電壓信號注入法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，靜、動態(tài)調(diào)速性能較好，但不容易調(diào)試；而旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法雖然系統(tǒng)比較復雜，卻更易于實現(xiàn)，因此應用最廣。高頻信號注入法對電機參數(shù)的變化不敏感，具有較強的魯棒性，在低速甚至零速時也能獲得比較好的跟蹤精度，特別適合于低速區(qū)域。 二、對基于模型參考自適應法的轉(zhuǎn)子位置自檢測方法進行了詳細的理論分析和仿真研究，并在此基礎(chǔ)上首次提出了一種基于旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法和模型參考自適應法相結(jié)合的轉(zhuǎn)子位

4、置自檢測復合方法。該方法在低速時采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法確保低速時轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測精度，高速時采用模型參考自適應法確?？焖俚膭討B(tài)響應，確保了在包含零速在內(nèi)的全速度范圍內(nèi)均能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置/速度的準確檢測和控制。 三、首次提出了電力電子集成傳感器的概念，詳細介紹了“概念性”傳感器模塊的硬件結(jié)構(gòu)、軟件功能和其在電力電子集成傳動系統(tǒng)中的應用方式。該模塊能夠通過檢測電機的電壓和電流，利用相應的信號處理技術(shù)獲得轉(zhuǎn)子的位置和速度、磁鏈和

5、轉(zhuǎn)矩，從而獲得了實現(xiàn)電機高性能控制所需的一切反饋量。傳感器模塊可配合集成化的電力變換模塊，方便、簡潔和可拓展地構(gòu)成高性能的集成電力電子傳動系統(tǒng)。 四、首次構(gòu)建了以“概念性”傳感器模塊為基礎(chǔ)的PMSM無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)，分別實現(xiàn)了基于高頻信號注入法、基于模型參考自適應法和基于復合方法的三種無傳感器矢量控制系統(tǒng)的實驗研究。實驗結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子位置自檢測復合方法結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點，在全速范圍內(nèi)都具有良好的靜、動態(tài)性能。