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基于模型参考自适应的永磁同步电机无速度传感器控制系统的设计

作　者: 常凯
导　师: 张化光
学　校: 东北大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 永磁同步电机(PMSM) 滑模变结构控制(SMC) 模型参考自适应系统(MRAS) 永磁同步电机自动化测试系统
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


永磁同步电机具有效率高,功率密度大等优点,在驱动电机的各个领域有着较好的应用前景。但是一些永磁同步电机构成的交流调速系统鲁棒性比较差,而且对速度传感器的依赖程度较高,会带来可靠性和成本方面的问题。文章针对以上调速系统的缺陷,设计一个基于滑模变结构速度调节器的永磁同步电机无速度传感器的控制系统。首先,分析并推导出了永磁同步电机的数学模型。建立了三相静止坐标系下PMSM的数学模型,并根据空间坐标变换理论,得到了其在两相旋转坐标系下的数学模型及相应的运动方程。然后,建立了基于滑模变结构速度调节器的永磁同步电机矢量控制系统。根据矢量控制的原理,设计了永磁同步电机矢量控制系统,并且采用滑模变结构的控制策略设计了速度调节器来代替传统的P工调节器,通过仿真验证了这个有速度传感器矢量控制系统的可靠性。接着,实现了永磁同步电机无速度传感器的控制。在以上矢量控制系统的基础上,采用模型参考自适应法将实际电流模型作为参考模型,估算的电流模型作为可调模型,设计了自适应律对转速进行辨识,取代速度传感器。同时,利用仿真工具针对设计基于滑模变结构控制的永磁同步电机无速度传感器的控制系统建立了的仿真模型,对整个系统的性能进行了分析。仿真结果表明,所提出的速度调节策略和辨识方案使矢量控制系统具有较好的动、静态性能,对参数摄动和不确定因素有很强的鲁棒性。最后,提出了一种永磁同步电机自动化测试系统,主要目的是能够在实践中检测永磁同步电机交流调速系统的性能。与传统的测试系统相比,该测试系统有节省能源的优势。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 论文研究的背景及意义  11
    1.1.1 研究背景  11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 永磁同步机的结构及其特点  11-13
    1.2.1 永磁同步机的结构类型  12-13
    1.2.2 永磁同步机的特点  13
  1.3 永磁同步机的交流调速系统  13-17
    1.3.1 永磁同步机的变频调速  13-14
    1.3.2 交流调速系统的控制策略  14-17
  1.4 永磁同步机无速度传感器控制技术  17-18
    1.4.1 基于各种观测器的估算方法  17
    1.4.2 模型参考自适应方法  17-18
    1.4.3 高频信号注入法  18
    1.4.4 人工智能理论上的估算方法  18
  1.5 论文研究的主要内容  18-21
第2章 永磁同步电机的矢量控制系统  21-51
  2.1 空间矢量的原理  21
  2.2 坐标变换  21-23
    2.2.1 三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换(Clarke变换)  22-23
    2.2.2 三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换(Park变换)  23
  2.3 永磁同步电机的数学模型  23-28
    2.3.1 永磁同步机在三相静止坐标系下的数学模型  24-25
    2.3.2 永磁同步机在两相旋转坐标系下的数学模型  25-26
    2.4 永磁同步电机矢量控制方法  26-28
  2.5 永磁同步电机的矢量控制系统  28-30
    2.5.1 采用转子磁场定向控制永磁同步电机的数学模型  28
    2.5.2 永磁同步电机的矢量控制系统的实现  28-30
  2.6 空间矢量脉宽调制技术  30-37
    2.6.1 SVPWM理论基础  30-31
    2.6.2 SVPWM的原理  31-35
    2.6.3 SVPWM的实现  35-36
    2.6.4 SVPWM的特点  36-37
  2.7 PI调节器的矢量控制系统  37
  2.8 基于滑模速度调节器的永磁同步电机矢量控制系统  37-45
    2.8.1 滑模变结构控制的原理  38-41
    2.8.2 滑模变结构速度调节器的设计  41-45
  2.9 基于滑模速度调节器的永磁同步机矢量控制系统性能的分析  45-50
    2.9.1 仿真模型及条件  46
    2.9.2 速度调节器性能分析  46-48
    2.9.3 转子磁场定向情况分析  48-50
  2.10 本章小结  50-51
第3章 永磁同步电机的无速度传感器控制系统的设计  51-65
  3.1 永磁同步电机无速度传感器控制系统  51
  3.2 模型参考自适应控制  51-54
    3.2.1 自适应控制的基本类型  52
    3.2.2 模型参考自适应算法的原理  52-54
  3.3 基于MRAS的永磁同步电机无传感器的控制方法  54-60
    3.3.1 隐极永磁同步电机的参考模型和可调模型  54-55
    3.3.2 隐极永磁同步电机的自适应率  55-59
    3.3.3 采用Id=0矢量控制永磁同步电机的模型参考无速度传感器控制  59-60
  3.4 基于MRAS永磁同步电机无传感器控制系统性能分析  60-64
    3.4.1 仿真模型及条件  60-61
    3.4.2 仿真结果分析  61-64
  3.5 本章小结  64-65
第4章 基于22KW永磁同步电机自动化测试系统的设计  65-85
  4.1 永磁同步机自动化测试系统的发展  65
  4.2 系统的总体介绍  65-66
  4.3 上位机子系统  66-67
  4.4 永磁同步电机控制子系统  67-74
    4.4.1 永磁同步机控制器硬件设计  67-70
    4.4.2 永磁同步机控制器软件设计  70-74
  4.5 直流电机控制子系统  74-76
  4.6 通讯子系统  76-80
  4.7 永磁同步电机自动化测试系统的特点及负载实验操作实例  80-84
    4.7.1 永磁同步电机自动化测试系统的特点  80
    4.7.2 永磁同步电机自动化测试系统负载实验操作实例  80-84
  4.8 本章小结  84-85
第5章 总结及展望  85-87
  5.1 论文总结  85
  5.2 论文展望  85-87
参考文献  87-91
致谢  91

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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