【摘 要】
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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有体积小、功率因数高、起动力矩大等特点,特别是由于近几年国家对稀土资源非常重视,使得永磁同步电机的制造成本逐渐降低,得到越来越多的发展空间,广泛应用在伺服控制系统,以及国家大力推广的新能源汽车领域和轨道交通领域等。显然在这些领域当中,都追求高性能稳定的调速控制,都要采用位置闭环,所以必须实时获取电机转子
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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有体积小、功率因数高、起动力矩大等特点,特别是由于近几年国家对稀土资源非常重视,使得永磁同步电机的制造成本逐渐降低,得到越来越多的发展空间,广泛应用在伺服控制系统,以及国家大力推广的新能源汽车领域和轨道交通领域等。显然在这些领域当中,都追求高性能稳定的调速控制,都要采用位置闭环,所以必须实时获取电机转子的位置和转速信息。传统方法是使用位置传感器来得到转子位置参数,但降低了控制器运行的可靠性,也增加了电机制造成本和控制算法,所以使用无传感器控制成为永磁同步电机控制的又一个重要研究领域。另外,永磁同步电机在运行过程中负载转矩会随时间不停变化,并且对于电机稳定运行的参数,例如定子电阻、电感等在不同工作环境极易发生变化,会严重影响系统的鲁棒性。为了克服参数的变化对控制性能的影响,将自抗扰控制理论引入到永磁同步电机控制理论中来,成为众多学者的研究热点。为此,本文结合永磁同步电机无位置传感器控制的原理和实际使用需求,对永磁同步电机无位置传感器控制与自抗扰控制技术展开研究。具体工作如下:(1)根据永磁同步电机在三相静止坐标系下复杂的实际数学模型,通过坐标系的转化,变换为两相静止坐标系下容易分析的数学模型。在两相静止坐标系下的数学模型中叙述了电机矢量控制思想,详细介绍了Clarke变换、Park变换和i Park变换的推导过程。然后又对SVPWM技术进行了详细的推导分析,为下文使用无位置传感器技术控制永磁同步电机打下了基础,并为自抗扰控制技术的展开做了铺垫。(2)对于永磁同步电机零低速工况,采用脉振高频注入法对永磁同步电机转子初始位置进行检测。建立了永磁同步电机dq轴电压方程,分析了旋转高频电压注入法、旋转高频电流注入法以及脉振高频电压注入法转子位置检测的原理以及具体实现方式。建立了零速时永磁同步电机转子初始位置检测系统,对该系统初始位置检测进行收敛性分析。(3)对于永磁同步电机中高速工况,介绍了滑模变结构控制的基本原理,在此原理基础上建立了滑模观测器数学模型,给出了对应的滑模系统控制流程图,简要介绍了无位置传感器的控制算法,并将滑模观测器结构引入到永磁同步电机无位置传感器控制系统当中,进行实际分析。(4)基于上述理论研究,提出了一种基于滑模扰动观测器补偿和自抗扰技术的永磁同步电机参数摄动控制策略。结合滑模控制理论,分别构建了dq轴滑模扰动观测器,对参数摄动引起的dq轴电压变化量进行观测,将其补偿至给定dq轴电压,提高系统对参数摄动的鲁棒性。本文的研究丰富了基于滑模扰动观测器补偿和自抗扰技术的永磁同步电机参数摄动控制算法,对实用情况中永磁同步电机控制系统的设计具有一定的指导意义和借鉴价值。
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