發(fā)布時間：2017-12-14 15:06

  本文關鍵詞：永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)無位置傳感器控制技術研究

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【摘要】：永磁同步電機以其結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能好、節(jié)能等優(yōu)勢,廣泛應用于工業(yè)自動化、交通運輸、航空航天等領域。高性能永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)子位置和速度信號實現(xiàn)速度閉環(huán)控制,一般采用同轉(zhuǎn)子軸安裝的機械式傳感器直接測量。但是,機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,并限制了其應用范圍。因此,除去機械式傳感器,采用無位置傳感器控制技術具有重要的應用價值和良好的經(jīng)濟效益。然而,永磁同步電機調(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、電機參數(shù)不準確、電機非理想模型等影響,降低了位置估計精度和調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能。針對上述問題,深入分析了其成因,并提出了提高位置估計精度和調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能的方法,主要工作和創(chuàng)新點有:針對永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)受PWM-VSI非線性因素影響而導致電壓、電流畸變,轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速脈動等問題,考慮了死區(qū)時間,功率管和續(xù)流二極管飽和壓降,功率管開通、關斷延時等非線性因素,建立了PWM-VSI非線性因素數(shù)學模型,將其對系統(tǒng)的影響看成直軸、交軸電壓中引入了電壓擾動,分析了該擾動對電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的影響,提出了一種全新的角度域重復學習控制器的復合補償策略,并分析了角度域重復學習控制器的參數(shù)選擇和穩(wěn)定性條件。仿真和實驗結(jié)果表明該方法對系統(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、靜態(tài)性能。針對永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)無位置傳感器控制需要準確電機參數(shù)的問題,提出了一種無跡卡爾曼濾波(UKF)的多參數(shù)辨識算法,將定子電阻、永磁體磁鏈、直軸電感和交軸電感四個參數(shù)當做狀態(tài),參數(shù)估計問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷�性系統(tǒng)狀態(tài)觀測問題。研究了多參數(shù)可同時辨識的條件,通過在直軸參考電流中加入激勵電流,使非線性系統(tǒng)能觀性矩陣滿秩,并對PWM-VSI非線性因素進行補償,提高參數(shù)辨識精度。同時,比較了UKF與擴展卡爾曼濾波(EKF)、遞推最小二乘算法在參數(shù)辨識收斂域、辨識精度、收斂速度和抗測量噪聲能力等方面的性能,歸納出各種方法的優(yōu)缺點。仿真和實驗結(jié)果表明,UKF可得到準確的電機參數(shù),該參數(shù)可用于永磁同步電機無位置傳感器控制。為了實現(xiàn)一種簡單可靠的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)全程無位置傳感器控制,提出了一種考慮磁場飽和效應的全程無位置傳感器控制策略。電機通過I/F啟動,達到一定轉(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,考慮了磁場飽和效應,建立了時變電感模型,并補償了濾波器造成的信號相位偏移,實驗結(jié)果表明該策略提高了位置估計精度和系統(tǒng)動態(tài)性能。同時,通過實驗比較了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調(diào)速系統(tǒng)靜止和低速時兩種高頻注入法——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)的位置估計誤差來源,歸納為電流信號提取過程造成的誤差和電機非理想模型導致的誤差。分析了定子電阻、濾波器、系統(tǒng)離散化、鎖相環(huán)等對旋轉(zhuǎn)法和脈振法位置估計的影響,提出了位置估計誤差的補償方法以及UKF直接位置估計法。同時,分析了交叉飽和效應和多凸極效應對高頻注入法位置估計的影響,并提出了交叉飽和效應過補償和角度域重復學習控制的多凸極解耦策略。仿真和實驗結(jié)果表明,所提策略均有效提高轉(zhuǎn)子位置估計精度,提升調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM341;TP273

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