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永磁同步电机具有结构简单、功率因素高、噪音小、能耗低、可靠性强等优点,在电动汽车、轨道交通、智能电梯、智能家电等行业应用广泛。传统的永磁同步电机实现闭环控制需要旋转变压器、光电编码器等位置传感器测量转子速度和位置的精确信息,而传感器的使用具有成本高、体积大、抗干扰能力差等问题,导致了永磁同步电机无法在更大范围内得到实际应用。因此,研究无位置传感器控制技术具有重要的实际意义。
首先,本文分析了永磁同步电机无位置传感控制技术的研究背景和研究现状,通过对永磁同步电机的物理模型、数学模型、坐标变换理论、矢量控制的基本理论和空间矢量调制原理进行研究和学习,搭建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型并进行了仿真分析。
其次,针对传统脉振高频电压注入法动态性能不好的问题,以内置式永磁同步电机为研究对象,提出一种基于二阶广义积分器的脉振高频电压注入法。通过分析二阶广义积分器提取高频电流响应信号的可行性,设计了一种基于二阶广义积分器的位置观测器。相对于基于低通滤波器的位置观测器,所设计的位置观测器参数更易调整。在系统动态过程中,信号处理延迟小,可以更加准确的提取高频电流响应信号,有效减小了转子位置动态估计误差;同时针对传统滑模观测器存在的抖振和相位延迟问题,以表贴式永磁同步电机为研究对象,提出了一种结合模糊控制和卡尔曼滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制方法。利用Sigmoid函数设计了滑模观测器,结合估算电流误差值及其误差变化率设计了一种模糊控制器对滑模增益进行实时动态调节,有效地削弱了滑模观测器的抖振现象,并提高了系统的稳定性和动态性能。针对模糊滑模观测器输出的反电动势信号中仍含有一些高频干扰信号的问题,利用卡尔曼滤波器来进行信号提取,有效的滤除了干扰信号,避免了使用低通滤波器产生的相位延迟问题。
最后,本文在理论推导的基础上,利用MATLAB/Simulink软件搭建了对应的仿真模型并进行了数据分析,仿真结果验证了所提方法的可靠性。
首先,本文分析了永磁同步电机无位置传感控制技术的研究背景和研究现状,通过对永磁同步电机的物理模型、数学模型、坐标变换理论、矢量控制的基本理论和空间矢量调制原理进行研究和学习,搭建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型并进行了仿真分析。
其次,针对传统脉振高频电压注入法动态性能不好的问题,以内置式永磁同步电机为研究对象,提出一种基于二阶广义积分器的脉振高频电压注入法。通过分析二阶广义积分器提取高频电流响应信号的可行性,设计了一种基于二阶广义积分器的位置观测器。相对于基于低通滤波器的位置观测器,所设计的位置观测器参数更易调整。在系统动态过程中,信号处理延迟小,可以更加准确的提取高频电流响应信号,有效减小了转子位置动态估计误差;同时针对传统滑模观测器存在的抖振和相位延迟问题,以表贴式永磁同步电机为研究对象,提出了一种结合模糊控制和卡尔曼滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制方法。利用Sigmoid函数设计了滑模观测器,结合估算电流误差值及其误差变化率设计了一种模糊控制器对滑模增益进行实时动态调节,有效地削弱了滑模观测器的抖振现象,并提高了系统的稳定性和动态性能。针对模糊滑模观测器输出的反电动势信号中仍含有一些高频干扰信号的问题,利用卡尔曼滤波器来进行信号提取,有效的滤除了干扰信号,避免了使用低通滤波器产生的相位延迟问题。
最后,本文在理论推导的基础上,利用MATLAB/Simulink软件搭建了对应的仿真模型并进行了数据分析,仿真结果验证了所提方法的可靠性。