本文關(guān)鍵詞：永磁同步電動機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)研究

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【摘要】：永磁同步電動機(jī)(PMSM)具有體積小、重量輕、功率密度高、功率因數(shù)高、效率高、高轉(zhuǎn)矩/慣量比、可靠性高、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用廣泛。但傳統(tǒng)的PMSM中安裝位置傳感器會帶來安裝困難、使用環(huán)境受限等一系列問題,因而無位置傳感器控制技術(shù)順勢而生,促進(jìn)PMSM更為廣泛應(yīng)用,具有十分重要的意義。本課題源自PMSM在風(fēng)機(jī)水泵中的應(yīng)用,當(dāng)今社會風(fēng)機(jī)水泵類電機(jī)在國民生活各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,使用無位置傳感器PMSM具有高效節(jié)能、高性能、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本文首先研讀了國內(nèi)外關(guān)于PMSM無位置傳感器控制技術(shù)的大量文獻(xiàn),總結(jié)概述了PMSM無位置傳感器控制技術(shù)的研究意義、研究現(xiàn)狀和研究方法,選擇具有較強(qiáng)魯棒性、較好穩(wěn)定性的滑模變結(jié)構(gòu)控制作為本文無位置傳感器矢量控制技術(shù)的研究核心。通過坐標(biāo)變換,建立PMSM在dq0坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,明確采用id=0控制的PMSM矢量控制系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究解決的問題。其中對于矢量控制中的SVPWM內(nèi)容,重點(diǎn)分析論證了基于改進(jìn)Clark逆變換三相電壓值符號判定的T1、T2正的簡化算法,該法根據(jù)改進(jìn)Clark逆變換三相定子電壓值符號就可判定電壓矢量所在扇區(qū),并給出其所在扇區(qū)兩側(cè)相鄰基本電壓矢量作用時(shí)間T1、T2與此刻某兩相電壓值的正比例關(guān)系。接著重點(diǎn)研究獲取PMSM轉(zhuǎn)子位置信號的無位置傳感器控制技術(shù)：首先研究了PMSM中高速運(yùn)行段的滑模變結(jié)構(gòu)控制。根據(jù)PMSM在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型建立PMSM滑模觀測器,定義估算電流和實(shí)際電流誤差為切換面,使用具有抑制抖動作用的飽和函數(shù)作為控制函數(shù),采用一階低通濾波器對控制函數(shù)濾波提取出反電動勢估算信號,然后把控制函數(shù)和反電勢估算信號一同反饋到滑模觀測器,構(gòu)成完整的PMSM滑模變結(jié)構(gòu)控制。然后依據(jù)滑模控制理論,論證給出所建立的滑模變結(jié)構(gòu)控制的存在性、可達(dá)性、穩(wěn)定性條件。再對反電動勢估算信號進(jìn)行二次濾波得到最終的反電動勢信號,用于求解轉(zhuǎn)子位置角,并研究了基于恒定延遲角濾波器的轉(zhuǎn)子位置角補(bǔ)償方法,最后給出轉(zhuǎn)速的估算方法。其次在零速和低速階段研究了PMSM的開環(huán)起動算法,零速時(shí)通過轉(zhuǎn)子預(yù)定位迫使轉(zhuǎn)子位于A相繞組軸線位置,再通過電流閉環(huán)起動法使PMSM以恒定加速度起動。然后給出開環(huán)起動和閉環(huán)運(yùn)行間的切換方法。然后研制了PMSM無位置傳感器控制器。對硬件部分,設(shè)計(jì)了控制器的主電路、dsPIC DSC最小系統(tǒng)、驅(qū)動電路、檢測電路、故障保護(hù)電路、串行通訊和電源系統(tǒng)電路。軟件設(shè)計(jì)部分,從頂層設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)性要求角度將軟件設(shè)計(jì)劃分為主程序設(shè)計(jì)和A/D中斷程序設(shè)計(jì),在A/D中斷程序中完成整個(gè)控制算法的運(yùn)行,然后著重研究了滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),對其中恒定延遲角的一階低通濾波器的離散化實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)子電角速度在軟件中的具體求解做了研究。最后通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)完善,驗(yàn)證了所研制的無位置傳感器控制器能夠穩(wěn)定可靠地驅(qū)動PMSM平穩(wěn)運(yùn)行,證明了本課題研究的滑模變結(jié)構(gòu)控制的PMSM無位置傳感器控制技術(shù)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電動機(jī) 無位置傳感器控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制 矢量控制 dsPIC DSC
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM341
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 緒論15-25
• 1.1 課題的背景及意義15-18
• 1.1.1 永磁同步電動機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r15-17
• 1.1.2 PMSM無位置傳感器控制技術(shù)研究意義17-18
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-23
• 1.2.1 PMSM的控制策略18-19
• 1.2.2 PMSM無位置傳感器控制技術(shù)概述19-23
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容23-24
• 1.4 本章小結(jié)24-25
• 第2章 PMSM的數(shù)學(xué)模型及矢量控制系統(tǒng)25-43
• 2.1 三相靜止坐標(biāo)系下的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型25-28
• 2.2 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PMSM數(shù)學(xué)模型的建立28-31
• 2.2.1 坐標(biāo)變換28-30
• 2.2.2 dq0坐標(biāo)系下永磁同步電動機(jī)的簡化數(shù)學(xué)模型30-31
• 2.3 PMSM的矢量控制31-33
• 2.3.1 i_d=0控制的數(shù)學(xué)模型32
• 2.3.2 i_d=0控制的PMSM矢量控制系統(tǒng)32-33
• 2.4 SVPWM中基本電壓矢量作用時(shí)間的T_1、T_2的一種簡化算法33-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 第3章 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的PMSM無位置傳感器控制技術(shù)43-54
• 3.1 兩相靜止坐標(biāo)系下PMSM的數(shù)學(xué)模型43
• 3.2 中速、高速運(yùn)行：滑模變結(jié)構(gòu)控制43-50
• 3.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問題44-45
• 3.2.2 驗(yàn)證滑模變結(jié)構(gòu)控制存在性、可達(dá)性、穩(wěn)定性45-47
• 3.2.3 反電動勢的提取與濾波47-48
• 3.2.4 轉(zhuǎn)子位置估算與補(bǔ)償48-49
• 3.2.5 轉(zhuǎn)速估算49-50
• 3.3 零速、低速運(yùn)行：開環(huán)起動法50-52
• 3.3.1 零速時(shí)轉(zhuǎn)子預(yù)定位51-52
• 3.3.2 低速時(shí)開環(huán)起動52
• 3.4 低速、中速之間的切換方法52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第4章 PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)54-79
• 4.1 PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)54-71
• 4.1.1 硬件總體設(shè)計(jì)54-55
• 4.1.2 DSC最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)55-60
• 4.1.3 主電路設(shè)計(jì)60-62
• 4.1.4 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)62-65
• 4.1.5 檢測電路設(shè)計(jì)65-67
• 4.1.6 故障保護(hù)電路設(shè)計(jì)67-69
• 4.1.7 串行通訊電路設(shè)計(jì)69-70
• 4.1.8 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)70-71
• 4.2 PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)71-78
• 4.2.1 軟件總體設(shè)計(jì)71-72
• 4.2.2 主程序設(shè)計(jì)72
• 4.2.3 中斷程序設(shè)計(jì)72-74
• 4.2.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制程序設(shè)計(jì)74-77
• 4.2.5 SVPWM程序設(shè)計(jì)77-78
• 4.3 本章小結(jié)78-79
• 第5章 實(shí)驗(yàn)部分79-94
• 5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備79-81
• 5.1.1 控制器及實(shí)驗(yàn)電機(jī)79-80
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)80-81
• 5.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證81-93
• 5.2.1 起動過程驗(yàn)證81-82
• 5.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制驗(yàn)證分析82-88
• 5.2.3 PMSM電機(jī)無傳感器控制運(yùn)行性能驗(yàn)證分析88-93
• 5.3 本章小結(jié)93-94
• 第6章 總結(jié)與展望94-97
• 參考文獻(xiàn)97-103
• 致謝103-104
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表104

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王麗梅;基于高頻信號注入的永磁同步電動機(jī)無位置傳感器控制[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2005年

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本文編號：745454