【摘 要】
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随着永磁同步电机(PMSM)驱动系统在家用电器领域的广泛应用,对高可靠性与低成本化的需求日益增加。传统的矢量控制系统需要三个相电流传感器以及一个固定在电机转子轴端的位置传感器进行闭环矢量控制,过多的传感器不仅增加了系统的成本,传感器预留位也增加了系统的体积,并且降低了驱动系统在恶劣工况下运行鲁棒性。为了提高家用电器的市场竞争力,单电阻电流重构技术受到了广泛重视。与此同时,不依赖位置传感器获取转子位
【基金项目】
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哈尔滨工业大学-美的集团联合研究中心科技攻关项目;
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随着永磁同步电机(PMSM)驱动系统在家用电器领域的广泛应用,对高可靠性与低成本化的需求日益增加。传统的矢量控制系统需要三个相电流传感器以及一个固定在电机转子轴端的位置传感器进行闭环矢量控制,过多的传感器不仅增加了系统的成本,传感器预留位也增加了系统的体积,并且降低了驱动系统在恶劣工况下运行鲁棒性。为了提高家用电器的市场竞争力,单电阻电流重构技术受到了广泛重视。与此同时,不依赖位置传感器获取转子位置,通过设计算法从电机电流中提取出转子的位置信息的无位置传感器控制技术,可以较好地解决如前所述的系统稳定性问题。本文针对基于母线单电流传感器电流重构永磁电机驱动系统的低速无位置传感器运行控制技术进行研究。针对单电流传感器相电流重构方案带来的重构死区问题,研究一种基于矢量移相的改进空间矢量调制(SVPWM)方法。首先对母线电流与基本有效电压矢量之间的对应关系进行分析,建立对采样母线电流实现相电流重构的理论基础,分析了在实际数字控制系统中由于不理想采样导致的最小采样时间限制。在此基础上,针对由此带来的在矢量六边形低调制比区域和扇区边界区域非采样区问题分别提出不同的调制策略,延长了相电流在直流母线上的持续时间,使得利用传统SVPWM的电流重构死区问题得到解决。为了降低单电流传感器依次采样在重构电流中产生分时采样误差对重构精度的影响,提出了一种电流重构补偿策略。首先针对三相电流的不同的采样扇区的不同纹波特性进行分析,通过与传统的采样方式进行对比,阐明了单电流传感器重构方案误差来源。对于分时采样导致的误差进行定义和数学建模,进而提出了基于电机电压方程和基于扩展反电动势观测器的电机电流变化率估计方法。通过对电机在基本矢量作用期间的电流变化率进行计算,对采样电流进行补偿,有效提高了重构电流的精度。在实现完整的高精度的电流重构之后,研究基于高频辅助信号注入的电机低速无位置传感器运行策略。首先对永磁同步电机高频模型进行建模,推导得到高频电压信号的电流响应与角度误差的关系。在旋转观测轴系注入高频的方波电压信号的基础上,通过所定义的滞后于观测旋转轴系45°测量轴系提取包含有转子误差信息的高频电流信号,并对信号处理环节的数字滤波器和位置观测器的构建过程和性能进行分析。最后对所提出的控制方案的有效性进行了验证。在完成理论分析和仿真验证之后,在集成电机驱动控制器上分别实现了电流重构算法、电流补偿算法以及无位置传感器控制算法的实验验证,实验结果验证了所研究方法的有效性。
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