【摘要】：永磁同步電機擁有能量轉(zhuǎn)換率高、功率密度大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)良的特點,在航空航天領(lǐng)域、國防科技領(lǐng)域、民用電器領(lǐng)域中都離不開永磁同步電機的使用。在民用電器中,手持鉆在生產(chǎn)生活中具有較多的使用。傳統(tǒng)手持鉆多使用直流有刷電機,但因其在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生電火花和容易散落碳粉顆粒,限制了其應用范圍。本文以永磁同步電機作為手持鉆的動力器件,避免了電火花和碳粉顆粒的產(chǎn)生,擴大了手持鉆的應用范圍。并且因為永磁同步電機的特點,可以縮小手持鉆的體積和重量,減小使用負擔。手持鉆作為民用電器,為了獲得市場,需要把成本盡量降低。本文采用成本較低的控制策略,將針對永磁同步電機的無傳感器矢量控制技術(shù)和單電阻電流重構(gòu)技術(shù)進行研究。本文首先對永磁同步電機的基本結(jié)構(gòu)進行分析,分別建立了永磁同步電機在三相靜止坐標系、兩相旋轉(zhuǎn)坐標系和兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型。然后對不同坐標系下的變換策略進行分析,并給出變換方程。最后,對空間矢量調(diào)制技術(shù)進行研究分析。針對滑模觀測器在估算反電動勢的過程中容易產(chǎn)生“抖振”的問題。本文使用雙曲正切型變飽和函數(shù)替換傳統(tǒng)的常數(shù)開關(guān)函數(shù)來減小系統(tǒng)的“抖振”。因為低通濾波器的截止頻率不能自適應的變化,因此設計一種變低通濾波器,使得到的反電動勢更加準確。因為低通濾波器的使用會帶來相位的延遲,所以設計根據(jù)轉(zhuǎn)速來補償轉(zhuǎn)子位置的機制,使轉(zhuǎn)子位置估算更加準確。在此過程中,設計出雙曲正切型變飽和函數(shù)滑模觀測器的狀態(tài)方程,根據(jù)電流電壓信息估算出電機反電動勢信息,并根據(jù)得到的反電動勢信息估算出電機位置和速度信息。最后,在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下,對雙曲正切型變飽和函數(shù)滑模觀測器進行驗證。針對傳統(tǒng)單電阻電流重構(gòu)技術(shù)會造成PWM波形不對稱導致電流諧波增加和PWM周期增加導致調(diào)速區(qū)間降低的問題,提出一種新型矢量插入法。在保證足夠的采樣時間的前提下,既保證了PWM周期不增加,也保證了一個周期內(nèi)PWM波形的對稱性。在此過程中,首先介紹了單電阻電流采樣的基本原理,對單電阻電流采樣面臨的在低調(diào)制區(qū)域和扇區(qū)邊界區(qū)域難以準確測量三相電流的問題進行研究。介紹了傳統(tǒng)的移相法和矢量插入法,并在此基礎上提出新型矢量插入法。在低調(diào)制區(qū)域和扇區(qū)邊界區(qū)域,分別對新型矢量插入法進行研究論證。最后,在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下對基于新型矢量插入法的單電阻電流重構(gòu)技術(shù)進行驗證。經(jīng)過上述仿真研究之后,使用TMS320F28027作為主控芯片,搭建軟硬件實驗平臺。首先概述了基于永磁同步電機的手持鉆控制板的硬件構(gòu)成,之后介紹了控制系統(tǒng)的軟件設計思路,使用C語言在CCS8.3中實現(xiàn)算法。從實驗數(shù)據(jù)可以看出,本文所設計的控制器具有較好的起動性能,對轉(zhuǎn)速變化具有較好的適應能力和較好的魯棒性。在高速情況下,估算出的轉(zhuǎn)子位置信息和實際位置信息基本一致�？梢詫崿F(xiàn)手持鉆的高性能控制。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

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