發(fā)布時間：2020-08-21 23:59

【摘要】：永磁同步電機具有高效率、高功率因數(shù)、寬調(diào)速范圍等優(yōu)勢,近年來在軌道交通、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的有位置傳感器矢量控制相比,采用無位置傳感器控制省去了位置傳感器,使得電機系統(tǒng)的體積下降,成本降低,同時提高了系統(tǒng)的可靠性。本文以表貼式永磁同步電機為研究對象,研究了在全速度范圍內(nèi)無位置傳感器控制電機運行的算法,主要內(nèi)容如下:為了盡可能避免無位置算法投入時出現(xiàn)過流抑或電機反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,本文采用預(yù)定位的方式在電機運行前將電機轉(zhuǎn)子拖至預(yù)定位置。對于實際環(huán)境中由電機軸承摩擦力等固有轉(zhuǎn)矩形成的定位盲區(qū),研究了一種二次定位的方法使轉(zhuǎn)子順利避開盲區(qū)從而可靠地到達預(yù)定位置。研究了兩種開環(huán)控制策略,即V/f控制與I-f控制。分析了兩種開環(huán)控制策略的穩(wěn)定性,通過對電壓頻率或電流頻率進行校正來增加系統(tǒng)阻尼,從而提高了開環(huán)控制的穩(wěn)定性。經(jīng)頻率校正后,兩種控制策略均能驅(qū)動電機穩(wěn)定運行于全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),并具備一定的抗干擾能力。本文從電機穩(wěn)態(tài)模型出發(fā),分析得出兩種控制方法實質(zhì)上是依據(jù)各自的功角特性曲線來尋找穩(wěn)態(tài)工作點,推導了兩種開環(huán)控制策略的穩(wěn)定運行區(qū)間,并對兩者進行了對比分析,總結(jié)了各自的優(yōu)缺點。為了在中高速區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對表貼式永磁同步電機的高性能控制,本文設(shè)計了一種瞬時切換策略使電機平滑過渡至無位置閉環(huán)矢量控制。運用雙dq空間變換及轉(zhuǎn)矩功角自平衡的原理,將V/f控制與I-f控制的切換策略相統(tǒng)一,能夠?qū)崿F(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)間的相互切換。文中采用改進的基于定子電流的模型參考自適應(yīng)方法來估算轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)了電機在中高速區(qū)域的高效率運行。基于理論分析和Matlab/Simulink仿真研究,本文在表貼式永磁同步電機對拖平臺上進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明,文中所述開環(huán)控制能夠順利啟動電機并使其穩(wěn)定運行于給定頻率,切換策略能夠平滑完成開環(huán)與閉環(huán)間的切換,無位置控制算法估算精度較高,動態(tài)性能良好。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

開環(huán)估算法的基本思想是在電機參數(shù)及傳感器采樣精度準確的前提下，采集電機逡逑定子端的三相電壓及電流，然后將其代入電機基波數(shù)學模型中直接算出轉(zhuǎn)子位置逡逑及轉(zhuǎn)速，圖１－１所示為開環(huán)估算法的原理圖。逡逑開環(huán)估算法的優(yōu)點在于算法簡單、計算量小，然而其估算準確度在很大程度逡逑上受電機參數(shù)變化、傳感器測量誤差以及逆變器輸出電壓的非線性的影響［２６］。由逡逑于這種方法本質(zhì)上屬于開環(huán)估算，不能對估算誤差進行實時修正，因此不適用于逡逑一些對控制性能要求較高的應(yīng)用場合。逡逑５逡逑

依據(jù)參考模型和可調(diào)模型在控制框圖中位置的不同，模型參考自適應(yīng)方法可逡逑分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和串并聯(lián)型［３（）］。按照模型本身的不同，又可分為基于定子電逡逑流、基于定子磁鏈和基于無功功率的模型參考自適應(yīng)方法［３Ｍ３］。圖１－３所示為目前逡逑使用較多的一種基于定子電流的并聯(lián)型模型參考自適應(yīng)方法。逡逑基于模型參考自適應(yīng)的無位置方法具有算法相對簡單、估算精度較高的特點，逡逑但參考模型和可調(diào)模型對電機參數(shù)依賴性較大。當電機參數(shù)變化時，尤其是永磁逡逑體磁鏈幅值及交軸電感值的變化，會對轉(zhuǎn)子位置估計造成一定的影響，故不適用逡逑于參數(shù)變化頻繁的應(yīng)用場合［２２］。逡逑目前，還沒有一種無位置傳感器控制方法能夠準確觀測到包括零速、低速以逡逑及中高速范圍的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速［３４］。現(xiàn)有的主流方法是采用一種復逡逑合控制，即通過適當?shù)那袚Q策略將適用于零低速的無位置控制算法和中高速域的逡逑方法組合起來，如文獻［３５］在零低速時采用高頻注入法控制電機，中高速階段采用逡逑７逡逑

其關(guān)鍵點在于如何由低速平滑過渡到中高速無位置控制，平穩(wěn)而又快速的切逡逑換過程亦是近幾年的研宄難點和熱點。文獻［３７］采用一種加權(quán)平均值方法實現(xiàn)過渡逡逑過程，圖１－４所示為其原理示意圖。加權(quán)平均值法需設(shè)置合適的加權(quán)因子Ａ，當電逡逑機到達某一轉(zhuǎn)速時進入過渡區(qū)，在此期間轉(zhuǎn)子位置估算值由適用于低速的無位置逡逑算法和中高速算法按比例共同組成。過渡階段結(jié)束后轉(zhuǎn)子位置的觀測值全部由中逡逑高速無位置算法提供。文獻［３８］使用了一種基于電流幅值變化的過渡策略，通過在逡逑過渡區(qū)減�。桑婵刂浦械奶摂Mｑ軸電流并同時增大虛擬ｄ軸電流的方式，依據(jù)電機逡逑“轉(zhuǎn)矩功角自平衡”的原理最終使電機平穩(wěn)切換到高速區(qū)基于ＳＭＯ的無位置算法逡逑控制。文獻［３９］提出了一種基于雙ｄｑ空間的瞬時切換策略，其將低速控制到中高逡逑速控制的切換轉(zhuǎn)化為虛擬同步坐標系與估算轉(zhuǎn)子同步坐標系間的切換，無需設(shè)置逡逑過渡區(qū)，實現(xiàn)了“無縫”切換。逡逑低速控制｜邋過渡邋｜中高速控制逡逑＼Ｗ逡逑０邐ｃｏｘ邐Ｃ０２邐ＣＯ逡逑圖１－４加權(quán)平均法過渡原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｅｉｇｈｔｅｄ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑１．３本文研究內(nèi)容逡逑表貼式永磁同步電機（Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，ＳＰＭＳＭ）逡逑由于磁路對稱

【參考文獻】

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本文編號：2800009