基于无速度传感器的永磁同步电机矢量控制研究

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1、学校代码10530学号201510171771分类号TM351密级公开硕士学位论文基于无速度传感器的永磁同步电机矢量控制研究学位申请人宋彦彦指导教师彭思齐副教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程研究方向电力电子与电力传动二〇一八年六月六日ResearchonVectorControlofPermanentMagnetSynchronousMotorBasedonSpeedSensorlessCandidateSongYanyanSupervisorProf.PengSiqiCollegeCollegeof

2、InformationEngineeingProgramElectricalEngineeringSpecializationPowerElectronicsandPowerDrivesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangTanUniversityDateJune.6th.2018摘要永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)因其体积小、结构简单、效率高、性能优越等优点被广泛应用于航空航天、机器人、数控机床等高精度、高

3、可靠的控制领域中。传统的永磁同步电机控制方法中，一般采用光电编码器等机械式传感器来获取电机转速和位置信息，这不仅增大了系统的体积，也提高了电机整体的造价成本。因此永磁同步电机无传感器控制方法的研究逐渐成为了当前的发展趋势。本文首先通过坐标变换、矢量控制理论建立了永磁同步电机的数学模型。针对传统滑模观测器（SMO）存在的抖振和速度响应慢等问题，提出了一种自适应模糊滑模观测器的控制方法。该方法适用于中高速运行，与传统滑模观测器不同的是采用了S型函数，并在滑模观测器的基础上结合模糊控制器，使模糊控制器能够实时的对

4、滑模控制器的滑模增益进行调节；同时用反电动势观测器法取代传统低通滤波器，有效避免了系统相位延迟的产生。然后根据所提出的改进方法进行了仿真，并与其他两种控制方法做了对比。表面式永磁同步电机因其在低速运行时反电动势较小不易被精确地检测到，导致估算误差比较大，所以自适应模糊滑模观测器并不适用于低速运行阶段。然而脉振高频注入法却与之相反，它在低速运行时的估算误差小，随着速度的增加误差会变大，所以本文在电机低速运行时选用了该方法。目前所提出的控制方法中均只适用于低速或中高速其中一种的运动状态下，还没有某种单一的控制方

5、法能够实现永磁同步电机在整个速度范围内的精确估算电机的转子信息。为了满足电机在全速范围内稳定运行的条件，本文采用了复合控制法，根据这两种控制方法在某段速度范围内所占的优势，选择合适的速度切换区间及切换方法进行平滑切换，根据它们的估算误差值，通过加权算法来选择最终的估算结果。在理论研究的基础上通过MATLAB/Simulink软件进行仿真分析，结果表明了该方法的可行性。最后，在软件仿真的基础上，围绕Xlinx7010主控芯片搭建了实验平台，分别介绍了永磁同步电机无传感器控制的软、硬件设计。关键词：PMSM；无

6、速度传感器；模糊控制；SMO；复合控制IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)iswidelyusedinthehigh-precisionandhigh-reliabilitycontrolfields,suchasaerospace,robot,CNCmachinetoolandsoon,becauseofitsadvantagesofsmallsize,simplestructure,highefficiencyandsuperiorperforma

7、nce.Inthetraditionalcontrolmethodofpermanentmagnetsynchronousmotor,mechanicalsensorssuchasphotoelectricencoderareusuallyusedtoobtainthespeedandpositioninformationofthemotor,whichnotonlyincreasesthevolumeofthesystem,butalsoimprovesthecostoftheoverallcostoft

8、hemotor.Therefore,theresearchofsensorlesscontrolmethodofpermanentmagnetsynchronousmotorhasgraduallybecomethecurrentdevelopmenttrend.Firstly,themathematicalmodelofpermanentmagnetsynchronousmotorisestablishedby