永磁电机高频注入驱动系统逆变器非线性分析与补偿

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1、硕士学位论文永磁电机高频注入驱动系统逆变器非线性分析与补偿ANANLYSISANDCOMPENSATIONOFINVERTERNONLINEARITIESFORPMSMDRIVESADOPTINGHIGHFREQUENCYINJECTION丁力哈尔滨工业大学2015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高频注入驱动系统逆变器非线性分析与补偿硕士研究生：丁力导师：刘汉奎副教授副导师王高林教授申请学位：工学硕士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANANLYSISANDCOMPENSATIONOFINVERTERNONLINEARITIESFORPMSMDRIVESADOPTINGHIGHFRENQUENCYINJECTIONCandidate：DingLiSupervisor：Asso.Prof.LiuHankuiCo-supervisor：Prof.WangGaolinAcademicDegreeAppliedfor：Mastero

3、fEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-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具备高效率、高功率密度及良好动态性能等优点而广泛应用于工业驱动、交通运输、航空航天等领域。无位置传感器技术已成为当今电机驱动方向的研究热点，由于矢量控制依赖于电

4、机参数的准确性，因此永磁电机离线参数辨识对于无传感器矢量控制器和观测器设计十分重要。然而，电机参数离线辨识受逆变器非线性的影响，会使得高频电流响应中含有明显的谐波误差，从而造成参数辨识误差。此外，在基于高频方波注入的无传感器控制系统中，逆变器非线性会导致转子位置估计结果中出现明显的脉动误差，进而影响电机解耦的准确性。为进一步提升永磁同步电机驱动控制系统性能，本文主要对高频信号注入的逆变器非线性分析及补偿策略进行研究。首先分析逆变器非线性对于响应电流造成的谐波误差，并研究高频加直流复合信号注入方法抑制逆变器非线性的影响。通过分析考虑逆变器非线性影响下的电机数学

5、模型，研究基于复合信号注入的参数离线辨识策略，设计基于离散傅里叶变换的高频信号幅值提取方法，从而根据注入电压及响应电流幅值计算出电感参数。在此基础上，针对不同注入信号条件下逆变器非线性影响引起的电流响应中的2次和3次谐波分布情况进行分析，并验证其对电感辨识精度的影响。为进一步减小参数辨识误差，在对逆变器非线性特性进行自学习的基础上，提出针对不同相电流条件下逆变器非线性自适应补偿方法，从而抑制其对参数辨识的负面影响。在基于高频方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制基础上，研究通过分离高频电流包络线提取位置特征信息的信号处理方法，并分析逆变器非线性对转子位置观测

6、器造成的脉动误差。针对基频和高频分量综合作用引起的负面影响进行研究，通过阐明高频注入法的零电流钳位效应基础上，采用改进高频信号注入方式以及信号提取方法来抑制逆变器非线性对无传感器控制的影响。在理论分析的基础上，通过Matlab/Simulink仿真工具对所研究的参数离线辨识方法和基于方波注入的无传感器控制策略进行仿真分析，并在2.2kW内置式永磁同步电机对拖加载实验平台上进行了试验验证，结果表明了方法的有效性。关键词：永磁同步电机；离线参数辨识；高频方波注入；逆变器非线性；自适应补偿-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPermanentmag

7、netsynchronousmotor(PMSM)hasbeenwidelyusedinindustry,transportation,aeronauticandastronauticfieldsforitshighefficiency,highpowerdensityandexcellentdynamicperformance.MoreandmoreattentionhasbeenpaidontheperformanceimprovementandsensorlesscontrolofPMSMdrivesinrecentyears.Theofflinepa

8、rameteridentificationofPMS