本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)無位置傳感器控制技術(shù)研究

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【摘要】：永磁同步電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能好、節(jié)能等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域。高性能永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)子位置和速度信號(hào)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制,一般采用同轉(zhuǎn)子軸安裝的機(jī)械式傳感器直接測(cè)量。但是,機(jī)械式傳感器不僅增加了系統(tǒng)的重量和成本,降低了可靠性,并限制了其應(yīng)用范圍。因此,除去機(jī)械式傳感器,采用無位置傳感器控制技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而,永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)無位置傳感器控制受脈寬調(diào)制電壓型逆變器(PWM-VSI)非線性因素、電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確、電機(jī)非理想模型等影響,降低了位置估計(jì)精度和調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。針對(duì)上述問題,深入分析了其成因,并提出了提高位置估計(jì)精度和調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的方法,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)有:針對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)受PWM-VSI非線性因素影響而導(dǎo)致電壓、電流畸變,轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速脈動(dòng)等問題,考慮了死區(qū)時(shí)間,功率管和續(xù)流二極管飽和壓降,功率管開通、關(guān)斷延時(shí)等非線性因素,建立了PWM-VSI非線性因素?cái)?shù)學(xué)模型,將其對(duì)系統(tǒng)的影響看成直軸、交軸電壓中引入了電壓擾動(dòng),分析了該擾動(dòng)對(duì)電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的影響,提出了一種全新的角度域重復(fù)學(xué)習(xí)控制器的復(fù)合補(bǔ)償策略,并分析了角度域重復(fù)學(xué)習(xí)控制器的參數(shù)選擇和穩(wěn)定性條件。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法對(duì)系統(tǒng)模型依賴小,調(diào)整參數(shù)容易,有效提高調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能。針對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)無位置傳感器控制需要準(zhǔn)確電機(jī)參數(shù)的問題,提出了一種無跡卡爾曼濾波(UKF)的多參數(shù)辨識(shí)算法,將定子電阻、永磁體磁鏈、直軸電感和交軸電感四個(gè)參數(shù)當(dāng)做狀態(tài),參數(shù)估計(jì)問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷�性系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)問題。研究了多參數(shù)可同時(shí)辨識(shí)的條件,通過在直軸參考電流中加入激勵(lì)電流,使非線性系統(tǒng)能觀性矩陣滿秩,并對(duì)PWM-VSI非線性因素進(jìn)行補(bǔ)償,提高參數(shù)辨識(shí)精度。同時(shí),比較了UKF與擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)、遞推最小二乘算法在參數(shù)辨識(shí)收斂域、辨識(shí)精度、收斂速度和抗測(cè)量噪聲能力等方面的性能,歸納出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,UKF可得到準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù),該參數(shù)可用于永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制。為了實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單可靠的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)全程無位置傳感器控制,提出了一種考慮磁場(chǎng)飽和效應(yīng)的全程無位置傳感器控制策略。電機(jī)通過I/F啟動(dòng),達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后采用電流切換和位置切換使轉(zhuǎn)速和電流平滑切換至UKF無位置傳感器閉環(huán)控制。在UKF無位置傳感器控制速度閉環(huán)中,考慮了磁場(chǎng)飽和效應(yīng),建立了時(shí)變電感模型,并補(bǔ)償了濾波器造成的信號(hào)相位偏移,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該策略提高了位置估計(jì)精度和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。同時(shí),通過實(shí)驗(yàn)比較了UKF與EKF在無位置傳感器控制上的性能差異。研究了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)靜止和低速時(shí)兩種高頻注入法——旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法(旋轉(zhuǎn)法)和脈振高頻電壓注入法(脈振法)的位置估計(jì)誤差來源,歸納為電流信號(hào)提取過程造成的誤差和電機(jī)非理想模型導(dǎo)致的誤差。分析了定子電阻、濾波器、系統(tǒng)離散化、鎖相環(huán)等對(duì)旋轉(zhuǎn)法和脈振法位置估計(jì)的影響,提出了位置估計(jì)誤差的補(bǔ)償方法以及UKF直接位置估計(jì)法。同時(shí),分析了交叉飽和效應(yīng)和多凸極效應(yīng)對(duì)高頻注入法位置估計(jì)的影響,并提出了交叉飽和效應(yīng)過補(bǔ)償和角度域重復(fù)學(xué)習(xí)控制的多凸極解耦策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提策略均有效提高轉(zhuǎn)子位置估計(jì)精度,提升調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM341;TP273

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