基于非线性估计理论的永磁同步电机无传感器控制方法的研究

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1、论文题目：学科、专业研究生姓名指导教师：摘要基于非线性估计理论的永磁同步电机无传感器控制方法的研究控制理论与控制工程江俊纪志成教授永磁同步电机(PMSM)因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高和恒功率运行时调速范围宽等特点，在高性能驱动系统中应用广泛。在高性能电机驱动系统中需要快速的动态响应，良好的抗干扰能力以及对参数变化具有鲁棒性，而影响这些因素的关键之一就是位置／速度传感器。机械式的电机转子位置／速度传感器的存在，增加了电机转轴上的转动惯量，同时，也增加了连接位置／速度传感器与控制系统之问的连接线和接口电路，使

2、得驱动系统易受干扰部分增加。另外，机械式传感器的使用受到如温度、湿度等条件的限制，而且由于机械式位簧／速度传感器的价格比较昂贵，其使用必将增加驱动系统的成本。近年来，电机无位置／速度传感器控制已成为一个研究的热点。目前，无位置传感器控制方法主要分为两类：一类是检测反电动势的转子位置估算方法，它是基于电机反电动势的位置和速度的相依性。由于在低速和零速时，反电动势几乎为零，所以其适合于中高速调速，同时，这种方法对于电机参数很敏感，对参数变化的鲁棒性较差。另一类是高频载波信号注入的转子位置估计方法，即是在定子端注入小幅值的高频

3、载波信号，应用稳态坐标中的旋转矢量来跟踪空问凸极效应，它主要适用于电机低速和零速时的转子位置检测。本文基于非线性估计理论的基本原理，研究了PMSM的无传感器控制方法。首先，基于PMsM的数学模型，建立了电机的矢量控制仿真模型；其次，基于非线性估计领域经典的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法，设计了PMsM的速度和位置估计器，实现了PMSM的无速度传感器矢量控制；再次，基于非线性估计理论的最新进展，对EKF无传感器控制算法中存在的不足和缺陷，提出了采用汁算简便、精度更高的插值多项式线性化方法，以及采用非线性变换的思想，来提高电机

4、无传感器控制系统中转予位置和速度的估计精度等问题；最后，利用dSPACE实验平台，对PMSM无速度传感器矢量控制系统进行了验证，仿真和实验结果表明了本文采用方法的有效性。关键词：永磁同步电动机；无传感器控制；非线性估计；扩展卡尔曼滤波；uKFAbstractTitle：StudyonSensorlessContr01ofPMSMBasedontheTheoryofNonlinearEstimationsubject：ContmlTheoryandControlEngineeringM．A．Student：JiangJun

5、Supenrisor：ProfJiZhichengPennanentmagnetsynchmnousmotor(PMSM)isattractivecandidatesforhi曲performancedriVesystemsbecauseofitshi曲emciencyandsuitabilityforwidespeedrangesofconstantpoweropemtion．ThedemandofinexpensiveandreliabledriVenowpushesappliedresearchtowardthee

6、liminationofmechanicalsensors．Recently，sensorlesspositioncontmlofmotorisachallenge．TherehavebeennumerouspuMicationsonmethodstoeliminatethepositionsensoronmotorsinthelastseVeralyears．MostofthesetechniquesarebasedontrackingbackEMF，whichlimitthelowspeedoperationofth

7、emachine，andissensitivetotheestimationofmachineparameters，suchasstatorinductanceandresistance．Hi曲performancepositioncontr01atlowspeedandzemspeedispossibleusinganisotropicen’ectbeingnotconsideredinthefundamental一fkquency．Atverylowspeed，seve豫lhi曲一frequencysignalinj

8、ectionmethodshaVebeenproposedforestimationrotorpositioninadditiontothefundamentalmachinedrivingsignals．Themaincommonpracticalprobleminthehighfrequencysignalinj