永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

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1、硕士学位论文永磁同步电机无位置传感器控制系统研究ResearchonthePositionSensorlessControlSystemofPermanentMagnetSynchronousMotor作者：苗文彬导师：戴鹏教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TM351学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文永磁同步电机无位置传感器控制系统研究ResearchonthePositionSensorlessControlSystemofPermanentMagnetSynchronousMotor作者苗文彬导师戴鹏申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工

2、程研究方向交流调速答辩委员会主席邓世建评阅人二〇一五年五月论文审阅认定书研究生苗文彬在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在我的导师戴鹏教授悉心指导下完成的。师从三载，戴老师对我学习和生活上的关心和帮助，让我难以忘怀，同时戴老师严谨的治学态度、渊博的知识以及不辞劳苦的精神，使我受益匪浅，对我以后的工作和学习产生了深远的影响。在此谨向我的导师表示衷心的感谢。感谢课题组的伍小

3、杰教授、周娟教授、宗伟林副教授、于月森副教授、夏晨阳副教授、耿乙文老师、王颖杰老师，在三年内对我的关怀和指导。感谢袁庆庆、张金科、公铮博士以及董苏、赵烨、冯铮等师兄，自进入研究生课题组以来，他们给予我莫大的指导，给我积极的建议，在前进的道路上成为我学习的榜样。感谢课题组的张婷婷、赵明龙、吴强、朱茂森、吴斌、王钊、钱健等同学，从实验平台的搭建、实验程序的调试到论文的检查，他们都给予我极大的帮助。感谢204b实验室各位老师和同学，给了我一个良好的学习环境。感谢王洁，六年的青春岁月因你的陪伴而精彩万分，感谢你的支持、包容和帮助，你的存在给予我无限的动力和快乐。感谢我的父母一直默默无闻的支持，我

4、将用我的一生去回报，去感恩！感谢各位专家、教授在百忙中对本论文的审阅和指导！摘要永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性强、功率密度和效率高等优点，在工业、医疗、民用和国防等领域得到了广泛的应用。高性能的永磁同步电机无位置传感器控制技术更是近年来的研究热点。本文以内插式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象，分别对高速和低速范围内的无位置传感器控制技术进行了分析和研究。首先，分析了永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理，对永磁同步电机矢量控制系统的电流预测控制进行了研究。由于基于拉格朗日插值的传统无差拍预测控制算法对电机电感参数失配比较敏感，为此，本文采用一种改进的无差拍预测控制算法，修改

5、了电流偏差约束条件和输出电压预测方法，提高了算法的鲁棒性。重点研究了基于传统滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统，理论分析及仿真结果表明传统滑模观测器存在抖振和估计角度滞后等问题。其次，基于内插式永磁同步电机的扩展状态方程设计了二阶非奇异终端滑模观测器，用于解决传统滑模观测器存在的问题。该观测器中的抖振信号被磁链方程滤波且不影响磁链相位，不需要低通滤波，避免了相位延迟，并利用非奇异终端滑模提高了滑模观测器的收敛速度，利用高阶滑模进一步抑制了系统的抖振。由于测量误差以及工作状况的变化，观测器中的参数将会存在一定的误差，本文重点分析了定子电阻误差、交轴电感误差和角速度误差对预估磁

6、链幅值和相位的影响，并通过对预估磁链采用锁相环的方法来获得转子位置和转速。再次，采用载波频率成分法用于实现低速范围内的永磁同步电机无位置传感器控制。与传统高频信号注入法不同，载波频率成分法是利用逆变器本身的载波频率成分信号作为高频激励信号，不需要注入额外的高频信号，有效避免了高频信号注入法的不足。在三相三角载波调制方式下，研究了永磁同步电机在α-β轴系和γ-δ轴系下的载波频率成分模型，并采用SDFT提取载波频率成分电流的幅值，利用锁相环来获得转子的位置和转速。最后，基于实验室现有资源，搭建了永磁同步电机无位置传感器控制系统的实验平台，并在实验平台上完成了滑模观测器实验、载波频率成分法实验

7、及无位置传感器控制系统闭环实验，验证了本文所设计的无位置传感器控制策略的有效性和可行性。关键词：永磁同步电机；无位置传感器控制；无差拍电流预测控制；二阶非奇异终端滑模观测器；载波频率成分法；滑动离散傅里叶变换IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM)arewidelyusedinthefieldsofindustry,healthcare,civilapplicationsandn