基于高频信号注入法的永磁同步电机无速度传感器控制

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1、基于高频信号注入法的永磁同步电机无速度传感器控制李宁2015年1月中图分类号：UDC分类号：基于高频信号注入法的永磁同步电机无速度传感器控制作者姓名李宁学院名称自动化学院指导教师金英答辩委员会主席廖晓钟教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyofSensorlessDriveforPermanentMagnetSynchronousMotorBasedonHighFrequencySignalInjectionCandidateName：LiNingSchoolorDepartment:AutomationFacult

2、yMentor:JinYingChair,ThesisCommittee：Prof.XiaozhongLiaoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015摘要永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统

3、使用范围。当前永磁同步电机无速度传感器控制策略主要分为适用于高速的反电动势估计方法和适用于低速的转子凸极追踪方法。在凸极追踪的各种方法中，高频旋转电压注入法应用较为广泛，通过注入高频旋转电压矢量，对高频电流处理后得到转子估计位置。本文首先分析了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，并在MATLAB/Simulink平台进行建模，在研究传统的SVPWM调制方法的基础上，对改进的SVPWM快速实现方法进行分析，并给出其数字实现形式。以搭建的永磁同步电机数学模型为基础，通过MATLAB/Simulink对矢量控制进行仿真，并在实验平台进行矢量控制实验。根据建立的永磁同步电机数学模型，分

4、析在高频旋转电压注入法下的电流响应，通过对电流的提取分析，研究了基于直接计算法的永磁同步电机初始位置检测，并分析影响转子位置估计精度的因素，根据分析提出采用同步旋转坐标系滤波器对转子初始位置估计方法进行改进。分析低速时矢量控制产生的电流基波分量对高频旋转电压注入法的影响，并研究了采用外差法进行转子位置估计误差的提取方法，并通过构建龙伯格观测器进行转子位置估计。根据搭建的仿真平台，对高频旋转电压注入法下永磁同步电机初始位置进行仿真，将传统直接计算法和本文提出的改进的转子初始位置估计方法进行对比实验，验证了所提出的改进方案的有效性和正确性。对低速时高频旋转电压注入时转子位置估计进行仿

5、真，通过外差法提取龙伯格观测器转子位置观测误差，得到最终转子估计位置，验证了低速时所研究方法的有效性和可行性。最后以FreeScale的DSP56F8346为控制核心，搭建了永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统硬件平台，编写软件算法，对理论方案进行实验验证，证明了本文所研究方案的可行性和有效性，系统实现了对转子位置在零速和低速时的估计。关键词:永磁同步电机；无速度传感器；高频电压注入法；转子位置估计IABSTRACTPermanentmagnetsynchronousmotorismoreandmorewidelyusedasitssmallvolume,lightweighta

6、ndsmallinertia.Thecontrolstrategiesofpermanentmagnetsynchronousmotorusedmostlynowarevectorcontrolanddirecttorquecontrol,andbothofthecontrolstrategiesneedtherotorposition,buttheuseofthepositionsensorlimitsthescopeofuse.Currently,sensorlesscontrolstrategiesofpermanentmagnetsynchronousmotorfalli

7、ntotwocategories,thebackemfestimationwhichissuitableforhighspeedapplicationandthesaliency-trackingmethodswhicharesuitableforlowspeedapplication.Ofthesaliency-trackingmethods,thehighfrequencyvoltageinjectionmethodisusedmostly,byinjectinghighfr