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基于反电动势预测的PMSM无位置传感器控制技术

基于反电动势预测的PMSM无位置传感器控制技术

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作者：马腾哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机凭借永磁体实现高功率密度的同时,还具备着高可靠性、运行效率高等优点,在航空航天特种领域、装备制造应用、电动汽车驱动控制和家用电器等领域得到了广泛应用。为了避免机械位置传感器引入的安装误差以及易受外界干扰等问... 详细信息

永磁同步电机凭借永磁体实现高功率密度的同时,还具备着高可靠性、运行效率高等优点,在航空航天特种领域、装备制造应用、电动汽车驱动控制和家用电器等领域得到了广泛应用。为了避免机械位置传感器引入的安装误差以及易受外界干扰等问题,无位置传感器技术得到研究和应用。本文在分析反电动势观测器原理及特性的基础上,提出基于反电动势预测的PMSM无位置传感器控制方法,对其原理、稳定性以及工作性能开展研究,并进行仿真对比和实验验证。基于观测器的无位置控制方法作为一个利用状态偏差进行调节的闭环系统,其状态跟踪性能受到调节器类型及控制延迟等因素影响。因此文本首先通过对观测器调节机理的分析揭示出滞后调节和控制延迟是导致估算精度下降的原因。随后以滑模观测器为典型案例,对低载波比条件下控制延迟导致的观测器控制量不对称及电流跟踪误差进行分析。进一步引入电流预测控制思想取代传统观测器的调节机制,提出一种基于反电动势预测的无位置传感器技术。通过无差拍电流预测控制使电流快速跟踪实际电流,并采用归一化锁相环提取电机的位置和速度。接着,在离散域条件下对所提出的反电动势预测方法进行稳定性分析,研究模型中参数偏差对反电动势预测方法稳定性和性能的影响,通过推导所预测反电动势相对于实际反电动势的传递函数,描绘出极点分布随模型参数偏差的变化情况。随后,研究反电动势预测算法的电流跟踪误差以及预测反电动势的相角偏差随运行状态和电机参数的变化关系,分析参数变化对算法性能的影响。最后,搭建基于反电动势预测算法的永磁同步电机无位置控制系统实验平台,在实验平台上对所提方法进行性能评估,测试模型参数偏差对算法性能的影响。实验结果验证了本文方法的可行性及对参数变化具有的良好鲁棒性。同时,通过与滑模观测器的对比测试,验证本方法在低载波条件下的良好性能。

关键词：永磁同步电机无位置传感器反电动势预测稳定性分析低载波比

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低载波比下高速永磁同步电机无位置传感器控制研究

低载波比下高速永磁同步电机无位置传感器控制研究

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作者：崔福鑫重庆理工大学

学位级别：硕士

高速永磁同步电机具有功率密度高、体积小、效率高、控制性能好等突出优势,在工业生产、航天军工、民用制造等领域被广泛应用。然而,伴随着永磁同步电机高速域的发展,电机运行在低载波比条件下,控制系统存在数字延时增大,电流环耦合加重... 详细信息

高速永磁同步电机具有功率密度高、体积小、效率高、控制性能好等突出优势,在工业生产、航天军工、民用制造等领域被广泛应用。然而,伴随着永磁同步电机高速域的发展,电机运行在低载波比条件下,控制系统存在数字延时增大,电流环耦合加重,严重时会出现电流环失稳的现象以及无位置算法估算精度降低,且各因素之间存在耦合影响,严重影响控制系统的稳定运行。为此,本文以表贴式高速永磁同步电机为研究对象,将具有高动态响应优势的预测算法应用至高速永磁电机调速系统中,并将控制延时产生的误差补偿至控制器中,旨在提高低载波比下控制系统的响应性能和观测精度。具体研究内容如下:首先,本文介绍了高速永磁同步电机基本结构及其工作原理,建立了基于dq同步旋转坐标系和αβ静止坐标系下的高速永磁同步电机数学模型,分析了dq轴之间存在电流环动态耦合效应,且耦合程度与电机基波频率成正比。介绍了高速永磁同步电机矢量控制,为后续低载波比工况下的无位置传感器控制系统的研究提供理论基础。其次,介绍了传统无差拍预测电流控制的工作原理,同时分析了数字延时对系统造成的影响。为抑制低载波比下前向欧拉法离散模型误差大的问题,本文将数字延迟造成的离散误差引入到预测模型中进行补偿,提高低载波比下的无差拍预测电流控制响应性能,并在Matlab/Simulink仿真平台搭建仿真模型进行验证。再次,针对滑模观测器在低载波比下抖振加重,观测精度降低等问题,将动态响应快的无差拍预测电流控制算法引入传统滑模观测器中,建立反电动势预测器代替滑模观测器中的符号函数提高了系统在低载波比工况下估算精度。此外,将数字延时造成的模型误差补偿到反电动势预测模型中,建立基于延时补偿的反电动势预测器的无位置传感器控制系统,提高状态电流的跟踪能力,同时采用归一化锁相环估算出电机转子位置和转速信息,并在Matlab/Simulink仿真平台搭建仿真模型进行验证。最后,搭建以TMS320F28335为控制芯片的永磁同步电机无位置传感器控制系统实验平台对本文所提算法进行实验验证。实验结果表明,所提控制方法有效的提高了低载波比工况下电流环响应性能和无感算法估算精度。

关键词：高速永磁同步电机低载波比无位置传感器预测电流控制反电动势预测

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