永磁电机宽速域运行无位置传感器控制策略研究.pdf

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1、硕士学位论文永磁电机宽速域运行无位置传感器控制策略研究RESEARCHONSENSORLESSCONTROLSTRATEGIESOFPMSMDRIVESFORWIDESPEEDOPERATION肖殿勋哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文永磁电机宽速域运行无位置传感器控制策略研究硕士研究生：肖殿勋导师：王高林教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSENSORLESSCONTROLSTRATEGIESOFPMSMDRIVESFORWIDESPEEDOPERATIONCandidate：DianxunXiaoSupervisor：Prof.GaolinWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2

3、018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要永磁同步电机因高效率和高功率密度等优点被广泛应用于工业领域。无位置传感器驱动技术可以降低系统的成本并提高可靠性，成为了目前的研究热点，该技术能在零低速和中高速获取转子的位置信息。然而，零低速的位置估计策略存在着高频噪音污染、依赖数字滤波器以及精度低等问题；中高速的位置估计方案则易受逆变器非线性和空间谐波的干扰。因此，针对传统方法存在的问题，本文对相应的解决方案进行研究。首先，研究基于低频脉冲电压注入的低噪音零低速转子位置估计策略。通过分离控制

4、周期和注入周期，并降低注入信号的频率，以解决高频噪音污染的问题。为提升位置观测的精度，提出基于空间傅里叶级数的矢量观测器，并分析估计误差对观测器的影响。采用了陷波滤波器的谐波消除方案，提升转子位置估计的精度，从而在降低噪音污染的同时，也能保证位置估计的准确性。然后，为了提升零低速下的系统稳定性和位置估计精度，研究一种基于静止轴系正交方波电压注入的无位置传感器控制方案。正交方波电压在静止轴系下注入，因此不需要估计旋转轴系信息，保证了位置收敛的准确性。信号处理过程以离散序列的形式建立，通过简单的加减运算，位置信号即可从高频电流中被提取，无需使用低通滤波器。同时考虑并消除高通滤波器和系统延迟产生的负

5、面影响，进一步提高了电机在零低速下的无传感器控制的位置估计精度。在零低速位置估计策略的研究基础上，提出一种基于交叉解耦复数滤波的中高速位置估计方法。中高速运行时的转子位置可以通过滑模观测器估计的反电势得到。同时分析逆变器非线性和空间谐波对位置估计精度的影响，提出基于交叉解耦复数滤波的位置观测方案，并设计频率自适应环节，实现谐波的动态消除，提高了电机中高速运行时的位置估计精度和控制性能。为实现永磁同步电机全速域无位置传感器运行，结合零低速和中高速的位置估计方案，设计切换过程，实现两种方案的平滑切换。最后，在理论分析的基础上，通过Matlab/Simulink和2.2kW永磁电机对拖平台对提出的方

6、法分别进行了仿真和实验验证。结果表明，本文提出的位置估计策略能较好的实现既定的目标，提升了永磁电机无传感器驱动系统的性能。关键词：永磁同步电机；无传感器控制；低频脉冲注入；正交方波注入；复数滤波I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPermanentmagnetsynchronousmotors(PMSMs)arewidelyusedinthefieldsofindustrybecauseoftheirhighefficiencyandhighpowerdensity.Position-sensorlessdrivetechniquescanestimaterotorposition

7、informationatbothlowandhighspeeds,whichreducesthesystem’scostsandimprovethereliability,andalsothesetechniqueshavebecomeahotspotforcurrentresearch.However,zero-andlow-speedsensorlessmethodsarelimitedin