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永磁同步电机以其体积小、效率高、可靠性好以及对环境的适应性强等诸多优点,在各种高性能驱动系统中得到了广泛应用。永磁同步电机的无传感器控制技术是当前电机控制技术领域的研究热点之一。无传感器控制技术不但能降低系统的成本,而且能够提高系统的可靠性。无传感器控制技术的研究在高速电机、微型电机、航空航天、水下机器人、家用电器等一些特殊场合具有重要的意义。本文以国家“863”项目“车用多模式永磁驱动电机系统”的子课题“燃料电池轿车空调驱动器的研制”为背景,对电动汽车的空调电机无传感器驱动技术进行了研究,重点解决永磁同步电机转子位置检测和无传感器矢量控制等问题。本文的主要研究内容如下:
第一,在分析电机数学模型的基础上,对永磁同步电机的矢量控制和直接转矩控制技术进行阐述,并对电机的各种工况进行讨论,为后续章节电机转子位置检测和无传感器矢量控制打下基础。
第二,针对扩展卡尔曼滤波法计算量较大以及模型参考自适应法起动阶段实时性较差的问题,论文引入滑模观测器法检测永磁同步电机转子位置,并对基于永磁同步电机的定子电流滑模观测器展开讨论,提出了基于模型参考自适应的转速估算方法,并对转子位置和速度估算进行仿真和误差分析,在此基础上,对永磁同步电机在各种转速和负载工况下的转子位置和速度识别进行试验研究。
第三,由于永磁同步电机的非线性、强耦合的特点,模糊控制技术非常适用于电机矢量控制中的速度调节器。为解决传统模糊控制器存在极限环振荡和稳态性能较差的问题,进一步缩短过渡过程,论文提出了基于智能积分(非线性积分)的混合模糊控制器,并对基于智能积分的永磁同步电机混合模糊速度控制器进行仿真和试验。
最后,基于DSP设计和实现了电动汽车空调PMSM无传感器矢量控制驱动系统,并研制了样机。