【摘 要】
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永磁同步电机(PMSM)凭借结构简单、高可靠性、高功率密度、高效率等优势被广泛应用于科技、工业、民用等领域。传统PMSM驱动系统中多电流、位置传感器的使用会增加整个驱动器的体积、重量与成本,也增加了控制系统出现故障的风险,降低运行可靠性。近些年来,单电流传感器技术得到了广泛关注。然而,目前直流母线采样法本身固有的重构盲区问题会对电流控制品质产生不利影响;多支路采样法由于电路结构复杂、必须使用穿孔型
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永磁同步电机(PMSM)凭借结构简单、高可靠性、高功率密度、高效率等优势被广泛应用于科技、工业、民用等领域。传统PMSM驱动系统中多电流、位置传感器的使用会增加整个驱动器的体积、重量与成本,也增加了控制系统出现故障的风险,降低运行可靠性。近些年来,单电流传感器技术得到了广泛关注。然而,目前直流母线采样法本身固有的重构盲区问题会对电流控制品质产生不利影响;多支路采样法由于电路结构复杂、必须使用穿孔型霍尔传感器等缺陷,使用场合受到较大限制。本文在综合考虑当前技术存在的不足之处的基础上,提出一种新型的相电流重构策略并针对其相关问题展开研究。针对直流母线采样法本身固有的电流重构盲区问题,通过改变单电流传感器的安装位置,提出一种基于单支路采样的相电流重构策略。在详细分析每个电压矢量作用下单电流传感器采样值与相电流对应关系的基础上,对传统SVPWM控制策略进行修改,提出一种混合脉宽调制技术(Hybrid SVPWM,HSVPWM)作为辅助手段。相比传统消除电流重构盲区的技术方案,所提出的方法能够保证三相PWM波形的对称性,对电流波形影响更小,简化控制算法;相比多支路采样法,单支路采样法电路结构简单且可以使用采样电阻实现,可靠性更高。针对单支路采样法在高/过调制区域的电流重构盲区,通过改变每个开关周期内插入测量矢量的位置,提出一种改进的矢量脉冲插入法。理论分析最大有效矢量占比对单支路采样法电流重构盲区的影响,并与传统直流母线采样法进行对比分析。根据分析结果,改进的策略简化了控制算法,降低了功率器件开关次数与开关损耗。实验结果表明,合成电压矢量能够以避开高/过调制比区域相电流重构盲区的方式实现幅值最大化输出。针对单支路采样法在不同扇区切换过程中存在的采样不准确、电流重构误差较大的问题,提出一种电流预测-局部更新解决方案。理论分析该方法在扇区切换过程中出现电流采样不准确、重构电流发生畸变的原因。通过在扇区切换之前的控制周期内利用电流预测方法得到切换周期内的dq轴电流信息,在此基础上利用切换周期内的可测电流对αβ轴电流进行局部更新并最终消除扇区切换过程中的电流重构误差。实验结果表明,所提出的方法能够大幅度降低扇区切换周期电流重构误差以及重构电流中谐波含量,尤其是电机处于高速运行工况下时,效果更为明显。对单支路采样法本身固有的采样延迟误差展开研究,提出一种基于同步旋转坐标轴系的误差补偿策略。基于本文提出的单支路采样法,分析采样延迟误差的产生机理并推导误差表达式,分析由采样延迟误差导致的δγ轴误差分量的构成,通过补偿算法依次消除其交流、直流误差成分以达到降低采样延迟误差的目的。相比传统基于电流变化率的方法,该策略不依赖电机模型,具有更高的参数鲁棒性。理论上,该方法也适用于部分直流母线采样法以及多支路采样法。实验结果表明,所提出的误差补偿策略能够有效减小相电流重构误差。针对基于单支路采样的PMSM无位置传感器控制策略展开研究。首先,利用一种非线性磁链观测器实现PMSM转子位置估计;其次,在上述基础上提出一种基于黄金分割搜索的迭代步长优化方法,以进一步降低转子位置估计误差。最后,综合前章内容提出基于采样延迟误差补偿的PMSM无位置传感器整体控制方案。实验结果表明,基于本文提出的无位置传感器控制策略的位置估计精度在稳态、动态工况下均能够达到传统多电流传感器方案水平。
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