發(fā)布時間：2018-06-15 21:08

  本文選題：內(nèi)置式永磁同步電機 + 無位置傳感器�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：內(nèi)置式永磁同步電機具有效率高、功率密度大、易于弱磁擴速等優(yōu)勢,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航天、交通和家用電器等諸多傳動領(lǐng)域。無位置傳感器(位置自檢測)技術(shù)能夠有效降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性;研究控制精度高、調(diào)速范圍寬及魯棒性強的高性能無位置傳感器永磁同步電機控制系統(tǒng)具有重要意義。目前,永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)全速度范圍運行仍然存在如下核心技術(shù)難點:低速高頻注入法濾波環(huán)節(jié)限制了系統(tǒng)動態(tài)性能;模型法中位置誤差脈動問題;逆變器非線性問題導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩(電流)脈動;低載波比運行條件下控制器和位置觀測器穩(wěn)定性問題。對永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)進行進一步深入研究,并突破上述核心技術(shù)難點,對拓寬永磁同步電機無位置傳感器控制在工業(yè)控制中的應(yīng)用場合具有重要意義。適合永磁同步電機無位置傳感器低速/零速運行的傳統(tǒng)信號注入方法需采用濾波環(huán)節(jié)實現(xiàn)位置誤差信號解耦和轉(zhuǎn)速/位置信息跟蹤。針對濾波環(huán)節(jié)引入導(dǎo)致系統(tǒng)帶寬和動態(tài)性能降低,并且高階濾波器的應(yīng)用會占用較多系統(tǒng)資源等問題,在分析注入方波電壓信號和高頻響應(yīng)電流時序基礎(chǔ)上,研究一種無濾波器載波分離策略,同時調(diào)整轉(zhuǎn)速觀測值獲取方式,進而提高系統(tǒng)動態(tài)帶寬。針對傳統(tǒng)初始位置辨識技術(shù)收斂速度較慢,并且基于凸極跟蹤的短脈沖電壓注入法難于確定脈沖寬度和幅值、實現(xiàn)困難,二次諧波分量法信噪比低的缺點,在不中斷方波注入基礎(chǔ)上,基于磁飽和效應(yīng),通過施加方向相反的d軸電流偏置給定,比較d軸高頻電流響應(yīng)幅值大小實現(xiàn)磁極極性辨識。所提出方法收斂速度較快,能夠在永磁同步電機轉(zhuǎn)子靜止或自由運行狀態(tài)實現(xiàn)初始位置辨識。針對逆變器非線性和磁場空間諧波引起定子電流及反電動勢產(chǎn)生1±6k次諧波,進而導(dǎo)致6k次轉(zhuǎn)子位置觀測誤差脈動問題,在建立考慮反電動勢諧波的永磁同步電機數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,提出一種基于自適應(yīng)線性神經(jīng)元濾波的改進有效磁鏈模型轉(zhuǎn)子位置觀測方法,實現(xiàn)無位置傳感器內(nèi)置式永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)準確解耦,改善其控制性能。基于自適應(yīng)對消原理,自適應(yīng)線性神經(jīng)元能夠濾除指定的反電動勢觀測值諧波分量,從而提高正交軟件鎖相環(huán)獲得轉(zhuǎn)子位置信息的精度。該方法根據(jù)諧波分析結(jié)果,通過最小均方算法或者遞歸最小二乘算法在線連續(xù)調(diào)整濾波器參數(shù),保證了轉(zhuǎn)子位置觀測器的快速收斂性�？紤]逆變器非線性效應(yīng)產(chǎn)生誤差電壓,進而導(dǎo)致永磁同步電機無位置傳感器運行出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩(電流)和轉(zhuǎn)速脈動問題,在簡單分析死區(qū)時間和開關(guān)器件固有特性對逆變器輸出及整個系統(tǒng)影響基礎(chǔ)上,提出一種基于雙自適應(yīng)矢量濾波器交叉反饋網(wǎng)絡(luò)的死區(qū)補償策略。通過一組自適應(yīng)矢量濾波器交叉反饋網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)永磁同步電機位置/轉(zhuǎn)速信息跟蹤,消除位置觀測誤差脈動影響。然后,采用另一組自適應(yīng)矢量濾波器交叉反饋網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)逆變器誤差電壓快速準確地實時檢測,并通過前饋方式對其進行補償,最終實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)矩(電流)和轉(zhuǎn)速脈動,改善系統(tǒng)動態(tài)性能。所提出的基于雙自適應(yīng)矢量濾波器交叉反饋網(wǎng)絡(luò)的死區(qū)補償算法不需要檢測定子電流極性,進而避免了零電流鉗位效應(yīng)導(dǎo)致的電流極性檢測不準而引起的誤差。同時,由于自適應(yīng)矢量濾波器具有正負序分量判斷能力,并且結(jié)構(gòu)簡單、易于低成本控制芯片實現(xiàn)。在中大功率和高頻永磁同步電機驅(qū)動應(yīng)用場合,為增加變頻器出力、降低開關(guān)損耗,要求降低載波比(PWM載波頻率與基波運行頻率比)。然而,載波比降低,將會產(chǎn)生較大的數(shù)字控制延遲,進而影響電流調(diào)節(jié)器動態(tài)解耦效果,并且對位置觀測器穩(wěn)定性及動態(tài)性能造成不利影響。為了克服該問題,考慮PWM逆變器靜止軸系輸出電壓鉗位效應(yīng)和數(shù)字控制延遲,建立永磁同步電機控制系統(tǒng)離散域下精確復(fù)矢量數(shù)學(xué)模型,基于零極點對消原理,采用直接離散化方法設(shè)計電流調(diào)節(jié)器,提高低載波比條件下系統(tǒng)動態(tài)解耦能力和魯棒性。在此基礎(chǔ)上,提出一種同步旋轉(zhuǎn)軸系下全階狀態(tài)觀測器,直接在z平面上完成觀測器極點配置,進而實現(xiàn)永磁同步電機低載波比高性能無位置傳感器控制。
[Abstract]:The present invention has the advantages of high efficiency , high power density , easy weak magnetic expansion and the like , and is widely used in many transmission fields such as industrial , aerospace , transportation and household appliances . In order to overcome this problem , it is proposed to design a current regulator by using direct discretization method to improve the dynamic decoupling ability and robustness of the system under the condition of low carrier ratio .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM341

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本文編號：2023659