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宽转速范围永磁同步电机的无位置传感器控制

作　者: 赵承亮
导　师: 周波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 面贴式永磁同步电机 无位置传感器控制 初始位置检测 脉动高频电压注入法
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


永磁同步电机因其功率密度高、功率因数高、效率高的特点，在电气传动系统中得到了越来越广泛的应用。在永磁同步电机控制系统中，准确的转子位置信息必不可少，通常采用机械式位置传感器直接测量转子位置。机械式位置传感器的存在不仅增加了系统的体积和成本，还因为其自身的局限性限制了在一些高温、高腐蚀性恶劣环境的应用，从而成为目前制约永磁同步电机进一步推广应用的最大阻碍。为了克服这一难题，无位置传感器控制技术应运而生，并成为了当前电气传动领域最为活跃的研究方向之一。本文从永磁同步电机的数学模型及矢量控制基本原理入手，选取了id=0的电流控制策略，并搭建了其仿真模型；在此基础上，针对面贴式永磁同步电机无位置传感器控制技术进行研究。在充分分析目前无位置传感器控制技术研究现状的基础上，采用适用于零速低速范围的脉振高频电压注入法与适用于中高速范围的反电势直接计算法相结合的策略，以实现在宽转速范围内永磁同步电机无位置传感器运行。首先对脉振高频电压注入法进行研究。针对面贴式永磁同步电机的饱和凸极性原理进行分析，并提出一种饱和凸极性检测方法；针对脉振高频电压注入法所特有的初始位置判断问题进行研究，提出一种初始位置判断方法；搭建了脉振高频电压注入法的仿真模型，仿真实现了初始位置检测及低速无位置传感器运行。然后对反电势直接计算法及两种方法的切换进行研究，给出了反电势提取方法及转子位置与反电势的关系；采用在一定转速范围内，两种无位置传感器方法加权切换的方式以实现两种方法之间的平滑切换；搭建了该方法的仿真模型，并进行了仿真分析。最后搭建了系统样机平台一套，详细的介绍了软硬件的设计思路和流程，针对一台400W面贴式永磁同步电机进行实验研究，包括有位置和无位置传感器控制。实验结果表明，永磁同步电机具有良好的控制性能，所提的初始位置检测及复合控制方法可以有效地实现电机的初始位置估算及宽转速范围内无位置传感器运行。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 永磁同步电机控制技术研究现状  12-13
  1.2 无位置传感器控制技术概述  13-16
  1.3 本文研究背景及主要研究内容  16-18
第二章 永磁同步电机矢量控制系统的基本原理及仿真  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 永磁同步电机的数学模型  18-21
  2.3 永磁同步电机矢量控制的基本原理  21-22
  2.4 永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真  22-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 永磁同步电机无位置传感器控制系统  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 基于脉振高频电压注入法低速无位置传感器控制方法  26-35
    3.2.1 饱和凸极性的分析及判断  26-29
    3.2.2 脉振高频电压注入法的基本原理  29-32
    3.2.3 初始位置估算及低速运行  32-35
  3.3 宽转速范围永磁同步电机的无位置传感器控制  35-38
    3.3.1 基于反电势直接计算法中高速无位置传感器控制方法  35-36
    3.3.2 复合控制方法  36-38
  3.4 仿真分析  38-43
    3.4.1 初始位置估算  38-40
    3.4.2 低速无位置传感器运行  40-41
    3.4.3 宽转速范围无位置传感器运行  41-43
  3.5 小结  43-44
第四章 无位置传感器控制系统的软硬件设计  44-59
  4.1 引言  44
  4.2 系统硬件设计  44-55
    4.2.1 功率电路设计  44-49
    4.2.2 调理电路设计  49-51
    4.2.3 系统电源设计  51-52
    4.2.4 主控电路设计  52-55
  4.3 系统软件设计  55-58
    4.3.1 DSP 程序设计  55-57
    4.3.2 CPLD 程序设计  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 实验结果及其分析  59-65
  5.1 引言  59
  5.2 有位置传感器时的系统实验  59-62
    5.2.1 电机空载实验  59-60
    5.2.2 电机带载实验  60-61
    5.2.3 电机突加卸负载实验  61-62
  5.3 无位置传感器时的系统实验  62-64
    5.3.1 饱和凸极性判断实验  62
    5.3.2 初始位置检测实验  62-63
    5.3.3 低速时的无位置传感器实验  63
    5.3.4 宽转速范围无位置传感器实验  63-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 本文总结  65
  6.2 对后续工作的展望  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
在学期间发表的学术论文和研究成果  73-74
附录  74

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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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