永磁同步电机的无速度传感器控制算法研究.pdf

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1、硕士学位论文永磁同步电机的无速度传感器控制算法研究SPEEDSENSORLESSCONTROLMETHODFORPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTOR冯晓彤哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP13学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文永磁同步电机无速度传感器控制算法研究硕士研究生：冯晓彤导师：吴立刚教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP13U.D.C:621Dissert

2、ationfortheMasterDegreeinEngineeringSPEEDSENSORLESSCONTROLMETHODFORPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORCandidate：FengXiaotongSupervisor：Prof.WuLigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAerospaceDateofDefence：June,

3、2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着近代电机技术的发展，永磁同步电机（PMSM）已经凭其自身的诸多优点越来越广泛地应用到日常生活中，因此掌握同步电机的调速方法就显得格外地重要。在永磁同步电机的控制系统中，转子位置信息和转速信息都非常重要，所以通常都需要在电机轴上安装编码器或者旋转变压器等传感器以得到转子的位置和速度信号，来提供速度偏差和转角做坐标变换。近来，无位置传感器控制技术近年来已经成为了永磁同步电机的研究热点之一，本文主要介绍高频注入法和扩展

4、卡尔曼滤波器（ExtendedKalmanFilter,EKF）两种方法。为了方便控制算法的设计，本文首先提出了坐标变换的相关理论，并得到了基于各个坐标系的PMSM模型，并介绍了常用的电机调速系统所使用的磁场定向控制理论，通过控制同步旋转坐标系电流，就可以将系统解耦，等效为直流电机控制。同时介绍了空间矢量调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）技术，在电机控制系统中提供稳定高效的逆变效果，是电机调速系统中不可或缺的一部分。针对电机调速系统转子位置估计的问题，首先推导了线性卡尔曼滤波方法，并针对离散型和连

5、续型分别提出了基本方程。通过线性的卡尔曼滤波方程，可以对非线性方程进行近似分解，可以推导出近似的非线性卡尔曼滤波方程，即广义拓展卡尔曼滤波方法。根据得到的同步旋转坐标系下的电机模型，文中设计了基于拓展卡尔曼滤波的无传感器控制算法。针对EKF速度转子观测器在零速以及低速情况下性能较差的情况，文中接下来介绍了高频注入法。这种方法需要再控制系统中额外增加一个信号发生器，会增加系统成本和系统体积。高频注入法是通过在控制系统中增加一个高频信号，在其经过电机之后，会携带电机转子信息，接着通过滤波方法获得系统中的有用信号，最后使用位置跟踪观测器或PLL的技术

6、来提取信号中包含的转子位置信息。最后，针对上文提出的两种方法，在Matlab/Simulink环境下完成了系统模型的搭建，对拓展卡尔曼滤波和高频注入的算法分别进行了仿真验证，验证了上述两个算法的正确性和有效性。关键词：永磁同步电机；矢量控制；无传感器；卡尔曼滤波；高频注入法;-I-AbstractAbstractWiththemodernmotortechnologydevolop,permanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hasbeenmoreandmorewidelyusedindailylifewithit

7、smanyadvantages,soitisveryimportanttomasterthesynchronousmotorspeedcontrolmethod.Therotor’spositionandthespeedareveryimportantinthecontrolsystemofthepermanentmagnetsynchronousmotor.Togetthespeederrorandanglewhendoingacoordinatetransformation,usuallyitisnecessarytoinstallsens

8、orssuchasencodersorresolversonthemotortoobtaintherotor’spositionandspeed’ss