pmsm矢量控制体系位置传感仪故障之容错控制概述

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1、PMSM矢量控制体系位置传感仪故障之容错控制概述第一章绪论1.1研究背景及课题能源作为推动世界前进的动力，是不或缺的，然而随着地球人口数量持续的上升，能耗需求也在逐步加大，因能源短缺而引发的问题也相继而来，这使得节能、环保和高效成为现代人们共同关心的主题。作为电机驱动系统中的主流电机之一，永磁同步电机凭借本身结构的特殊，发挥出了其突出的节能优势[1][2]，被广泛应用在各种工业生产领域和日常生活中。PMSM和普通电机相比，需要在转子上装设位置传感器，用于获得转子的转速反馈和位置信号，以实现PMSM的矢量控制。而传感器是敏感元件

2、，它的安装不但使系统的成本变高，还很有可能在使用环节出现故障，从而不利于系统的可靠运行。对汽车的电驱动系统而言，系统连续可靠的安全运行至关重要，为此，迫切需要研究PMSM驱动系统位置传感器故障的容错控制，降低故障出现而可能导致的损失，提高整个系统的运行可靠性[3][4]。在PMSM位置传感器安装和使用过程中，常出现传感器增益下降、间歇性的断开或者完全不输出信号等类型的故障，后两种故障会严重不利于电机的正常运行，为了实现PMSM驱动系统的安全可靠运行，论文重点研究宽调速范围内运行的PMSM矢量控制系统发生传感器间歇性以及完全无输

3、出时的故障容错控制。1.2无位置传感器控制技术的研究现状国外对于无位置传感器控制技术的研究相对国内较早，起步于上世纪70年代。无位置传感器技术是利用算法来估算转子的速度和位置，在弥补安装传感器带来的缺陷的同时，还能相应的使系统可靠性加强，所以众多的研究人员开始不断的对其进行深入研究，使得无位置传感器控制技术日趋成熟，也有力的拓广了永磁同步电机的使用领域。其中，关于交流电机驱动系统的无位置传感器控制技术现已被成功应用于各种工业生产领域。如今，随着学者们对无传感器技术研究的不断深入，出现了多种多样用于估算转子信息的方法。总的来说，

4、常见的有：利用电机电流以及电压估算的方法、基于观测器的方法、高频信号注入法、模型参考自适应法和近年来发展起来的人工智能法等。按适用的范围常把无位置传感器技术归类为：适合于低速区域运行的和中高速区域运行的无位置传感器技术。分析表1-1中所示的应用于交流电机驱动系统中高速范围内的无位置传感器控制方法，不难看出，中高速时的估算法基本都是直接或间接从反电势中获取转子位置信息，相对而言较易实现。然而，这种方法在低速时一般不能奏效，因为此时电机的反电势太低不好测得。尤其当电机未启动时，定子的反电动势为零，致使低速时的转子位置估算成了较大的

5、技术难题。研究学者们对低速时的无位置传感器控制方法进行了深入的探索，迄今为止，适合在电机低速运行时的无位置传感器控制方法见表1-2所示。第二章永磁同步电机的矢量控制2.1引言随着高性能永磁材料的发展以及科学技术的进步，永磁同步电机凭借其自身优势，在各个领域获得了广泛应用，而矢量控制技术的出现更加促进了PMSM在交流传动系统中的应用和发展。本章将简介PMSM的数学建模及矢量控制关键技术，为研究PMSM驱动系统的无位置传感器控制奠定基础。在这三种电机中，永磁体安装在转子铁心的外表面上的为面装式永磁同步电机，因为永磁材料的磁导率和空

6、气的磁导率非常相近，因此可看作永磁体安装在气隙中，使得在交、直轴上的磁阻、电感基本上等值。这种电机的电感也较小，从而能够较快的获得感应电流。所以，面装式永磁同步电机拥有结构简单、转动惯量小和制作成本少的优点，在实际中获得了非常广泛的应用。为此，本章重点介绍面装式PMSM宽调速范围运行的矢量控制关键技术。2.2永磁同步电机2.2.1永磁同步电机介绍永磁同步电机的主要结构包括定子和转子，由于定子绕组使用对称的三相短距、分布绕组，所以其定子电流的形式为三相正弦分布，转子上主磁极和直流励磁绕组被永磁体所代替。由于永磁体替换了永磁同步电

7、机的励磁绕组，和普通电机相比，其不需要电刷、励磁线圈以及集电环装置，使得永磁同步电机的结构变得相对简单。此外，永磁同步电机需要上安装位置传感器来获取转子的位置，从而可以控制电枢电流，保证PMSM得以正常运行_。根据转子上永磁体的安装方式，可将永磁同步电机分为：内装式、插入式和面装式三种，各类型的永磁同步电机结构如下图2-1和图2-2所示。如图2-1所示，为内装式永磁同步电机，其永磁体装设在转子内部，该结构的电机磁路气隙小、机械强度高，由于永磁体安装在内部，失磁现象可有效的避免，较适合于弱磁运行。插入式的永磁同步电机转子磁路不对

8、称，呈现凸极性，可以利用此特性来产生磁阻转矩以增强电机的功率密度，改善电机的运行性能，在交流调速系统中使用的比较多，不足之处是此类型电机的漏磁系数以及生产的成本相比起其他类型电机都较高。最大转矩电流比控制：能够在电机输出转矩达到系统要求的情况下，使得定子的电流达到最小值，是凸