基于改进查表法的永磁同步电机定位与调速系统的研究与实现

作     者：陈然 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任志斌

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁同步电机 查表法 霍尔信号矫正 V/F 变论域模糊PI 

摘      要：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)凭借其精度高、寿命长、安全性高等优点,被广泛应用于位置伺服定位控制中。传统的PMSM位置伺服定位技术需要依靠光电编码器检测转子位置,然而编码器的引入会增加系统成本,并且在粉尘大、潮湿等恶劣工作环境下检测精度会严重受影响,降低系统控制精度。因此,无编码器的PMSM伺服定位与调速控制系统的研究,已成为国内外各学者的重点研究对象。本文提出采用查表法的PMSM转子位置信号检测技术,并利用角度-正弦值对照表对扇区内角度进行校正,以及利用霍尔元件信号进行扇区间的误差校正。该方法具有转子位置检测精度高、便于实现以及芯片占用内存小等优势。采用V/F控制方法实现电机起动,使用变论域的模糊PI实现运行过程中的调速,最终实现PMSM无编码器的位置伺服定位控制与调速系统的设计。论文主要内容包括:(1)针对PMSM的伺服定位控制,查阅大量国内外的相关研究文献。简述伺服系统的发展概况,并总结查表法、低分辨率转子位置预估、V/F控制以及模糊PI控制的研究现状以及相关改进;(2)建立PMSM的数学模型,详细推导SVPWM技术的基本原理以及实现过程,以及对PMSM的矢量控制技术进行详细介绍;(3)选择合适的压频比曲线,设计幅角递增的V/F控制以实现PMSM的起动过程。为满足系统更快的响应特性,设计变论域的模糊PI以实现调速过程;(4)通过建立脉冲与转子角度对照表,实现采用查表法的转子位置检测。建立角度正弦值对照表,实现对扇区内转子位置信息的反馈与校正。对传统霍尔矫正进行改进,采用平均分配法将扇区间误差补偿至下一扇区,实现扇区间的角度平滑校正;(5)以STM32F103C8T6为核心控制芯片,设计相关硬件电路,包含电源模块、主回路模块以及控制回路模块。其中控制回路又包括桥臂驱动电路、相电流检测电路、485通信模块、母线电流检测电路以及硬件过流保护模块等;(6)对芯片工作参数进行配置,针对V/F起动算法、变论域模糊PI算法、查表法位置检测函数以及转子位置矫正函数进行程序设计并绘制流程框图;(7)最后搭建实验平台,针对论文中所提出的方法进行实验,并分析实验所得数据,验证各方法的有效性。