基于随机正弦注入的永磁电机无传感器控制策略研究

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1、硕士学位论文基于随机正弦注入的永磁电机无传感器控制策略研究RESEARCHONPSEUDO-RANDOMSINUSOIDALINJECTIONBASEDPOSITIONSENSORLESSCONTROLSTRATEGYFORIPMSMDRIVES王惠颖哈尔滨工业大学2018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：公开工程硕士学位论文基于随机正弦注入的永磁电机无传感器控制策略研究硕士研究生：王惠颖导师：徐殿国教授副导师：张国强讲师申请学位：工程硕士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程及自动

2、化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPSEUDO-RANDOMSINUSOIDALINJECTIONBASEDPOSITIONSENSORLESSCONTROLSTRATEGYFORIPMSMDRIVESCandidate：WangHuiyingSupervisor：Prof.XuDianguoCo-Supervisor：LecturerZhang

3、GuoqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要永磁同步电机（PMSM）因其高效和高功率密度

4、等优点在各种高性能驱动系统当中广泛应用。为了解决传统转子位置信息获取方案中机械式传感器带来的高成本、低鲁棒性等问题，无传感器控制方案成为热点研究方向。高频注入法是基于电机凸极特性的低速和零速条件下常用的无传感器策略，但是该方案会因高频信号的注入而引起额外噪声，限制了在一些场合的应用。针对这一问题，本文研究基于随机正弦注入的无位置传感器策略，分析数字系统延时对传统信号处理方案的影响，并提出一种改进的信号处理方法，最后通过仿真及实验对所研究的控制策略进行验证。首先，对高频信号注入法的原理进行分析。建立PMSM数学模型，根据永磁电机的凸极特性

5、，推导由高频注入信号激励出的高频电流信号表达式。将此包含位置信息的高频电流信号经过解调、滤波等信号处理方式，最终估算出电机转子位置信息，实现高频注入法方案。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，对高频注入法进行仿真分析与验证。其次，针对传统高频信号注入法产生噪声的问题，研究一种基于随机正弦注入的无传感器控制方法。对传统固定频率高频注入法存在的问题进行分析，由于固定频率的信号注入，使其所激励的高频电流信号的功率谱密度在注入信号频率处产生较高尖峰。该尖峰的存在导致了尖锐噪声的产生，本文采用随机正弦信号注入法改善这一问题。在介绍随

6、机高频正弦信号注入法中随机信号注入方式以及频率和幅值选择原则基础上，分析了数字信号系统延时对系统的影响。针对解调信号与注入信号间的相位误差可能造成系统不稳定的问题，提出一种无需解调信号的改进信号处理方案，以抑制数字延时对系统的影响。然后，通过功率谱密度分析了随机正弦注入法的降噪机理及效果。分析了高频注入法中噪声产生的原因，并通过消除离散谱的方式达到降低噪声的目的。计算随机正弦信号注入法下电机相电流功率谱密度，给出了消除离散谱的注入信号选择条件。并考虑实际系统中的采样保持作用，分析此条件下的电流功率谱密度，从理论上解释了实际系统中随机正弦

7、信号注入法的降噪原理。最后，在ARM上实现数字控制算法，并通过2.2kW-PMSM平台进行实验验证。实验结果证明了上述方案的有效性，且基于随机正弦注入法的无传感器控制策略具有良好的性能，位置观测误差满足要求。关键词：永磁同步电机；无传感器控制；随机正弦注入；数字系统延时；采样保持；功率谱密度-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractPermanentmagnetsynchronousmotoriswidelyusedinvarioushighperformancedrivesystemsduetoitshighefficien

8、cyandhighpowerdensity.Inordertosolvetheproblemofhighcostandlowrobustnesscausedbythemechanicalsensorinth