【摘要】：永磁同步電機(簡稱PMSM)在現(xiàn)代工業(yè)社會尤其是電氣傳動領域應用廣泛。對于高性能PMSM驅動通常采用矢量控制策略,實時轉子位置信息不可或缺。傳統(tǒng)的位置傳感器會帶來不少問題,用無位置傳感器控制技術代替位置傳感器的使用,可以使控制系統(tǒng)成本降低、體積重量降低、功率密度提高、更可靠、安裝方便。所以,無位置傳感器控制技術具有極高的研究價值。本文以PMSM無位置傳感器控制算法作為主要研究內容,力求在全速度范圍都能實現(xiàn)轉子位置和轉速的精確觀測,提出了一種無位置傳感器混合控制策略,該控制技術可以應用在洗衣機、空調等家電設備,或者用在電動汽車驅動系統(tǒng)等場合。在本文提出的無位置傳感器混合控制策略中,零低速運行區(qū)段使用改進的高頻電壓注入法,中高速段使用改進的滑模觀測器法,給出了控制策略的完整實現(xiàn)方式。本文對傳統(tǒng)高頻電壓注入法的改進主要包括兩方面,一是創(chuàng)造性地引入特征諧波消除的方法取代電流反饋回路中的低通濾波器,避免了濾波器帶來相位滯后和濾波不徹底等問題;二是運用相量法對高頻電流進行了仔細推導,考慮了傳統(tǒng)方案中所忽略的電樞繞組電阻的影響,提出了相應的補償策略,從而使得估算轉子位置和速度更精確,進而獲得更好的動靜態(tài)控制性能。本文在中高速區(qū)段提出改進的滑模觀測器法,分別針對表貼式和內嵌式兩種PMSM構建了滑模觀測器,并對傳統(tǒng)滑模觀測器法存在的抖振問題設計了緩解抖振的策略,提高了位置和轉速的估算準確性。為了拓寬PMSM的調速范圍,在額定轉速以下使用MTPA控制,在額定轉速以上使用弱磁控制,而且本文所設計的MTPA與弱磁算法均考慮到電感參數(shù)變化的情況。對于提出的無位置傳感器混合控制策略,還設計了高頻電壓注入與滑模觀測器的切換方法,及MTPA與弱磁控制的切換方法。為驗證提出的控制策略,本文在Matlab/Simulink中仿真,并在一套工業(yè)用PMSM驅動硬件平臺上進行實驗驗證,進行了起動、速度階躍給定、轉矩突變和效率測量等實驗。仿真和實驗結果證明,本文所提出的控制策略對轉子位置和轉速的估測均有較高的精度,閉環(huán)控制時具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能,并且能實現(xiàn)起動、兩種無位置傳感器策略之間的平滑切換以及高速弱磁運行,證明了本文所提出的無位置傳感器混合控制策略的有效性和優(yōu)勢。該控制策略可以推廣到家用電器和電動汽車等場合使用。
[Abstract]:Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in modern industrial society, especially in the field of electrical transmission. Vector control strategy is usually used for high performance PMSM drive. Real-time rotor position information is indispensable. The traditional position sensor will bring many problems. Using the position sensor control technology instead of the position sensor can reduce the cost of the control system, reduce the volume and weight, increase the power density, be more reliable and easy to install. Therefore, sensorless control technology has high research value. In this paper, the position sensorless control algorithm of PMSM is taken as the main research content, and the accurate observation of rotor position and speed can be realized in the whole speed range. A hybrid control strategy without position sensor is proposed. The control technology can be used in washing machines, air-conditioners and other household appliances, or in electric vehicle driving systems and other occasions. In the position sensorless hybrid control strategy proposed in this paper, the improved high frequency voltage injection method is used in the zero and low speed operation section, and the improved sliding mode observer method is used in the middle and high speed section. The complete implementation of the control strategy is given. In this paper, the improvement of the traditional high frequency voltage injection method mainly includes two aspects. One is to introduce the characteristic harmonic elimination method to replace the low-pass filter in the current feedback loop. It avoids the problems of phase lag and incomplete filtering brought by filter. Secondly, using phasor method to deduce the high frequency current carefully, considering the influence of armature winding resistance neglected in the traditional scheme, putting forward the corresponding compensation strategy, thus making the estimation of rotor position and speed more accurate. Thus, better dynamic and static control performance is obtained. In this paper, an improved sliding mode observer method is proposed in the middle and high speed region. The sliding mode observer is constructed for two kinds of PMSM, namely, the surface mount observer and the embedded one. The buffeting strategy of the traditional sliding mode observer method is designed for the buffeting problem of the traditional sliding mode observer method. The accuracy of position and speed estimation is improved. In order to widen the speed range of PMSM, the MTPA control is used under the rated speed and the weak magnetic field control is used above the rated speed. The MTPA and the weak magnetic algorithm designed in this paper take into account the change of inductance parameters. For the proposed position sensorless hybrid control strategy, the switching method of high frequency voltage injection and sliding mode observer and the switching method between MTPA and weak magnetic field control are also designed. In order to verify the proposed control strategy, this paper simulates the proposed control strategy in Matlab/Simulink, and carries out experimental verification on a set of industrial PMSM driver hardware platform. The experiments such as starting, speed step setting, torque mutation and efficiency measurement are carried out. The simulation and experimental results show that the proposed control strategy has a high accuracy for the estimation of rotor position and speed, and the closed-loop control has good steady and dynamic performance and can be started. The smooth switching between the two sensorless strategies and the high speed weak magnetic field operation prove the effectiveness and advantage of the proposed hybrid control strategy. The control strategy can be extended to household appliances, electric vehicles and other occasions.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM341

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本文編號：2384529