隨著近代電機(jī)技術(shù)的發(fā)展,永磁同步電機(jī)(PMSM)已經(jīng)憑其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到日常生活中,因此掌握同步電機(jī)的調(diào)速方法就顯得格外地重要。在永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)子位置信息和轉(zhuǎn)速信息都非常重要,所以通常都需要在電機(jī)軸上安裝編碼器或者旋轉(zhuǎn)變壓器等傳感器以得到轉(zhuǎn)子的位置和速度信號(hào),來(lái)提供速度偏差和轉(zhuǎn)角做坐標(biāo)變換。近來(lái),無(wú)位置傳感器控制技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)成為了永磁同步電機(jī)的研究熱點(diǎn)之一,本文主要介紹高頻注入法和擴(kuò)展卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter,EKF)兩種方法。為了方便控制算法的設(shè)計(jì),本文首先提出了坐標(biāo)變換的相關(guān)理論,并得到了基于各個(gè)坐標(biāo)系的PMSM模型,并介紹了常用的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所使用的磁場(chǎng)定向控制理論,通過(guò)控制同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系電流,就可以將系統(tǒng)解耦,等效為直流電機(jī)控制。同時(shí)介紹了空間矢量調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)技術(shù),在電機(jī)控制系統(tǒng)中提供穩(wěn)定高效的逆變效果,是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中不可或缺的一部分。針對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的問(wèn)題,首先推導(dǎo)了線性卡爾曼濾波方法,并針對(duì)離散型和連續(xù)型分別提出了基本方程。通過(guò)線性的卡爾曼濾波方程,可以對(duì)非線性方程進(jìn)行近似分解,可以推導(dǎo)出近似的非線性卡爾曼濾波方程,即廣義拓展卡爾曼濾波方法。根據(jù)得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)模型,文中設(shè)計(jì)了基于拓展卡爾曼濾波的無(wú)傳感器控制算法。針對(duì)EKF速度轉(zhuǎn)子觀測(cè)器在零速以及低速情況下性能較差的情況,文中接下來(lái)介紹了高頻注入法。這種方法需要再控制系統(tǒng)中額外增加一個(gè)信號(hào)發(fā)生器,會(huì)增加系統(tǒng)成本和系統(tǒng)體積。高頻注入法是通過(guò)在控制系統(tǒng)中增加一個(gè)高頻信號(hào),在其經(jīng)過(guò)電機(jī)之后,會(huì)攜帶電機(jī)轉(zhuǎn)子信息,接著通過(guò)濾波方法獲得系統(tǒng)中的有用信號(hào),最后使用位置跟蹤觀測(cè)器或PLL的技術(shù)來(lái)提取信號(hào)中包含的轉(zhuǎn)子位置信息。最后,針對(duì)上文提出的兩種方法,在Matlab/Simulink環(huán)境下完成了系統(tǒng)模型的搭建,對(duì)拓展卡爾曼濾波和高頻注入的算法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證了上述兩個(gè)算法的正確性和有效性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM341;TP212
【部分圖文】：

圖 1-1 旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法的無(wú)傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖目前，旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法是應(yīng)用比較早且應(yīng)用比較多的一種高頻信號(hào)注入觀測(cè)法，其基本原理是在電流基波激勵(lì)上再注入一個(gè)三相平衡的高頻正弦電壓信號(hào)，這樣會(huì)得到一個(gè)頻率上分開(kāi)的兩組信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)電機(jī)后，再將對(duì)應(yīng)產(chǎn)生電流響應(yīng)進(jìn)行頻率分解，再進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)子位子信號(hào)提取的處理過(guò)程來(lái)獲取轉(zhuǎn)子位置信息。□脈振高頻電壓信號(hào)注入法在旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法的基礎(chǔ)上，Junk Ik Ha等人[17]最早又提出了這一種算法的改進(jìn)版本，他的算法思路和高頻注入的思路大體相似，但高頻信號(hào)卻是脈動(dòng)矢量勵(lì)磁信號(hào)，同時(shí)在利用高頻阻抗的測(cè)量來(lái)完成轉(zhuǎn)子的位置估算這種算法是主要檢測(cè)PMSM的凸極，首先通過(guò)注入脈動(dòng)矢量到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d 軸，與此同時(shí)在PMSM中會(huì)產(chǎn)生高頻阻抗，轉(zhuǎn)子位置就包含在高頻阻抗之中，最后只需要對(duì)高頻阻抗進(jìn)行測(cè)量和特殊處理運(yùn)算，就可以從中提取到轉(zhuǎn)子的位置信息，并估算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。這一類(lèi)方法在運(yùn)行速域上又很大的優(yōu)勢(shì)，其既可以在零速附近運(yùn)行，甚至在零速都可以準(zhǔn)確地進(jìn)行估算，只

圖 1-2 脈振高頻信號(hào)注入法的無(wú)傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖相對(duì)于旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法來(lái)說(shuō)，脈振高頻電壓注入法的基本思想是基本相同，只是兩者的注入信號(hào)位置不同，脈振高頻法在同步旋轉(zhuǎn) d q坐標(biāo)系中注入信號(hào)，且只在 d 軸上注入正弦信號(hào)，會(huì)比旋轉(zhuǎn)高頻法少一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，減少了能量的消耗，但該信號(hào)轉(zhuǎn)化到靜止坐標(biāo)系中確是一個(gè)脈振的信號(hào)，與旋轉(zhuǎn)信號(hào)不太相同。從仿真的情況對(duì)比上看，這兩者的仿真結(jié)果基本相同，說(shuō)明這兩種方法控制算法在控制性能上是基本相同的。1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容本課題的研究?jī)?nèi)容主要是針對(duì)PMSM進(jìn)行無(wú)速度傳感器功能實(shí)現(xiàn)，基于磁場(chǎng)定向控制原理，使用矢量控制算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速控制，應(yīng)用SVPWM技術(shù)完成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，完成EKF的推導(dǎo)并應(yīng)用于PMSM中，對(duì)于EK算法在低速段的缺陷，應(yīng)用高頻注入的算法對(duì)觀測(cè)器進(jìn)行低速段補(bǔ)償，從而使整個(gè)系統(tǒng)擁有更寬的速度跟蹤范圍。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文章 永磁同步電機(jī)模型及矢量 的坐標(biāo)變換，除了自然坐標(biāo)系以外，還會(huì)用到靜止靜止坐標(biāo)變換（Clark 變換）和同步旋轉(zhuǎn)間的關(guān)系如圖 2-1 所示，其中 ABC 為自q為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系[22]。下文將介紹各種
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2848364