【摘要】：永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)無(wú)傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(Sensorless Direct torque control,Sensorless DTC)在現(xiàn)代交流電機(jī)控制中占有重要的地位。直接轉(zhuǎn)矩控制避免了復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,在靜止坐標(biāo)系中對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行直接控制。這種控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、外干擾、測(cè)量誤差及噪聲魯棒性強(qiáng)。但其定子磁鏈畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相對(duì)較大,相應(yīng)的定子相電流諧波也較大。無(wú)傳感器DTC的關(guān)鍵技術(shù)是在沒(méi)有位置傳感器的情況下,通過(guò)電流位置模型實(shí)現(xiàn)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確估計(jì)。針對(duì)DTC轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、但諧波較大的特點(diǎn),要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及位置觀測(cè)器必須具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)觀測(cè)精度。本文針對(duì)永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制存在的問(wèn)題開展研究,論文的主要工作與成果如下:(1)提出了一種基于擴(kuò)展反電勢(shì)的自適應(yīng)離散滑模轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器(Adaptive Discrete Sliding Mode Observer,ADSMO)。根據(jù)離散化滑模趨近率下的觀測(cè)器穩(wěn)定條件,建立了一種針對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制的滑模參數(shù)自適應(yīng)模型,增強(qiáng)了瞬態(tài)時(shí)的觀測(cè)穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)速或負(fù)載瞬變情況下位置動(dòng)態(tài)觀測(cè)精度分別提高了和21.7%和32.5%,在轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)的位置觀測(cè)精度提高了28.2%。(2)提出了一種基于有效磁鏈的動(dòng)態(tài)相位自補(bǔ)償轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器(dynamicphasecompensationobserver,dpco)。通過(guò)lyapunov判據(jù),獲取了閉環(huán)觀測(cè)器穩(wěn)定條件下的反饋增益系數(shù)及其動(dòng)態(tài)相位補(bǔ)償方法,利用觀測(cè)的定子電流矢量與實(shí)際定子電流矢量乘積進(jìn)行補(bǔ)償,降低轉(zhuǎn)子位置動(dòng)態(tài)觀測(cè)誤差。在轉(zhuǎn)速或負(fù)載瞬變情況下位置動(dòng)態(tài)觀測(cè)精度分別提高了29.4%和36.9%,在轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)的位置觀測(cè)精度提高了25.6%(3)結(jié)合擴(kuò)展反電勢(shì)模型和有效磁鏈模型的優(yōu)點(diǎn),在靜止坐標(biāo)系中建立了一種新穎的凸極pmsm等效反電勢(shì)模型。提出了一種帶有動(dòng)態(tài)誤差角補(bǔ)償?shù)男滦娃D(zhuǎn)子位置觀測(cè)器(dynamicerrorangelcompensationobserver,deaco)。在轉(zhuǎn)速或負(fù)載瞬變情況下位置動(dòng)態(tài)觀測(cè)精度分別提高了32.56%和38.69%;轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)的位置觀測(cè)精度提高了21.46%。(4)提出了一種適用于高頻信號(hào)注入無(wú)傳感器控制的電流過(guò)零區(qū)擾動(dòng)電壓在線補(bǔ)償方法(currentzero-crossingdistortionvoltagecompensation,czdvc)。建立了一種揭示高頻注入法電流過(guò)零效應(yīng)本質(zhì)特征的解析模型。進(jìn)而將該模型用于一種專用的離線運(yùn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)中,以獲取電機(jī)電感和電壓畸變系數(shù)。通過(guò)該補(bǔ)償方法,不需要復(fù)雜的查表,就能提高電流過(guò)零區(qū)的轉(zhuǎn)子位置估算精度。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本方法在抑制電流過(guò)零區(qū)電壓畸變上的優(yōu)異性能,在轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)的位置觀測(cè)精度提高了23.9%。(5)提出了一種新穎的諧波補(bǔ)償算法,減少了引起永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的諧波磁鏈及電流。同時(shí)還提出了一種自適應(yīng)陷波(Adaptive notch filter,ANF)鎖相環(huán),來(lái)降低鎖相環(huán)法提取位置信號(hào)時(shí)存在的位置觀測(cè)諧波誤差。電機(jī)電流中的總諧波失真率“THD”從24.67%下降到4.38%。同時(shí),觀測(cè)器諧波誤差中的總諧波失真率“THD”從24.88%下降到了5.35%。(6)將4種新型位置轉(zhuǎn)速觀測(cè)器直接作為無(wú)傳感器DTC轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋值,將電機(jī)指令轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速之差作為轉(zhuǎn)速控制精度。與改進(jìn)前相比,本文提出的4種新型無(wú)傳感器DTC轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)速控制精度和更快的瞬態(tài)穩(wěn)定時(shí)間。在變速實(shí)驗(yàn)中,轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)控制精度和瞬態(tài)穩(wěn)定速度分別提高了35.8%和24.4%;穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下,轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)控制精度提高了至少27.5%。在變載實(shí)驗(yàn)中,轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)控制精度和瞬態(tài)穩(wěn)定速度分別提高了29.6%和20.2%;穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下,轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)控制精度提高了至少18.7%。
[Abstract]:Sensorless Direct Torque Control (PMSM) has an important position in the control of modern AC motor. The direct torque control avoids complex rotational coordinate transformation, and the torque and flux linkage of the motor are directly controlled in the stationary coordinate system. The control system has little dependence on the parameters of the motor, simple structure, fast dynamic response of the torque, perturbation of the parameters of the system, external disturbance, measurement error and strong noise robustness. But the stator flux distortion and torque ripple of the stator are relatively large, and the corresponding stator phase current harmonics are also larger. The key technology of the non-sensor DTC is to realize the accurate estimation of the stator flux and torque by the current position model without the position sensor. For DTC torque dynamic response, but the harmonic is large, the rotor speed and position observer are required to have excellent dynamic and steady state observation accuracy. This paper studies the problems of sensorless direct torque control of permanent magnet synchronous motor, and the main work and results are as follows: (1) An adaptive discrete sliding mode rotor position observer (ADSMO) based on extended anti-potential is proposed. A sliding mode parameter self-adaptive model for direct torque control is set up according to the observer stability condition of the discrete sliding mode approaching rate, and the observation stability at the time of the transient is enhanced. In the case of rotational speed or load transient, the accuracy of the dynamic observation of the position is increased by 21.7% and 32.5%, respectively, and the accuracy of the position observation at steady state of the rotating speed is 28.2%. (2) A dynamic phase self-compensation rotor position observer based on effective flux linkage is proposed. By using the lyapunov criterion, the feedback gain coefficient and the dynamic phase compensation method under the stable condition of the closed-loop observer are obtained, and the observed stator current vector and the actual stator current vector product are used for compensation, and the dynamic observation error of the rotor position is reduced. in that case of rotational speed or load transient, the dynamic observation precision of the position is increased by 29.4% and 36.9%, respectively, and the observation precision of the position in the steady state of the rotating speed is improved by 25.6% (3) in combination with the advantage of the extended anti-potential model and the effective flux linkage model, A novel salient pole pmsm equivalent anti-potential model is set up in the stationary coordinate system. A new type of rotor position observer (deaco) with dynamic error angle compensation is proposed. In the case of rotating speed or load transient, the accuracy of the dynamic observation of the position is 32.56% and 38.69%, respectively, and the accuracy of the position observation at steady state of the rotating speed is 21.46%. And (4) a method for on-line compensation of a current zero-zero region disturbance voltage suitable for a high-frequency signal injection without a sensor control (czdvc) is proposed. An analytical model is developed to reveal the essential characteristics of the zero-crossing effect of high-frequency injection. And then the model is used for a special off-line running and debugging experiment to obtain the motor inductance and the voltage distortion coefficient. According to the compensation method, a complicated look-up table is not needed, and the accuracy of the rotor position estimation of the current zero-crossing area can be improved. The experiment verifies the excellent performance of the method in suppressing the voltage distortion of the current zero-crossing region, and the accuracy of the position observation at the steady state of the rotating speed is increased by 23.9%. (5) A novel harmonic compensation algorithm is proposed, which reduces the harmonic flux and current of the torque ripple of the permanent magnet synchronous motor. At the same time, an adaptive notch filter (ANF) phase-locked loop is proposed to reduce the position observed harmonic error when the phase-locked loop method is used to extract the position signal. The "THD" of the total harmonic distortion in the motor current decreased from 24.67% to 4.38%. At the same time, the "THD" of the total harmonic distortion in the observer's harmonic error has dropped from 24.88% to 5.35%. And (6) directly using the four new position rotating speed observers as the feedback value of the non-sensor DTC rotating speed closed-loop control system, and taking the difference between the motor command rotation speed and the actual rotation speed as the rotation speed control precision. Compared with the prior art, the four new non-sensor DTC-speed closed-loop control systems have higher control precision and faster transient stability time. The dynamic control precision and transient stability of the rotating speed are increased by 35.8% and 24.4%, respectively. The steady-state control precision of the rotating speed is increased by at least 27.5% at the steady rotating speed. The dynamic control precision and transient stability of the rotating speed are increased by 29.6% and 20.2%, respectively. The steady-state control precision of the rotating speed is increased by at least 18.7% at the steady rotating speed.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(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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本文編號(hào)：2490801