基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着永磁同步电机在各个领域得到广泛的应用，对永磁同步电机控制系统的控制性能也有了越来越高的要求，既希望控制系统能有较高的控制精度与稳态性能，又希望系统成本能尽量低廉，而影响这些的一个关键因素就是位置/速度传感器。由于机械式传感器增加了系统的成本、降低了系统的可靠性，而且其应用受到诸如温度、湿度和震动等条件的限制，因此无传感器技术成为近年来的研究热点。本论文在分析比较各种无传感器估计算法的基础上，选择了将扩展卡尔曼滤波算法应用于永磁同步电机无传感器调速系统的控制方案。对永磁同步电机

2、的矢量控制理论和卡尔曼滤波原理进行了详细的分析；在静止αβ0坐标系中应用扩展卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转子位置和速度进行在线估计；通过仿真总结了矩阵参数的选择准则，证明了该方法具有良好的转角跟踪特性和速度控制性能，并且系统具有较好的鲁棒性；针对扩展卡尔曼滤波估计器运算量大的问题，设计了降阶扩展卡尔曼滤波器，仿真证明该方法在减少计算量的同时，仍然保持了良好的转子位置跟踪性能。最后介绍了本设计所用的软、硬件平台。硬件方面包括以MC56F8346数字信号处理器为核心的控制电路和主电路的设计；软件在Metrowe

3、rksCodewarrior集成开发环境下采用C语言编写，给出了系统主程序流程图。进行了系统调试，利用开发环境附带的PCMaster得到了实验波形，验证了降阶扩展卡尔曼滤波器的有效性。关键词：永磁同步电机，无传感器技术，矢量控制，扩展卡尔曼滤波，数字信号处理器i基于DSP的永磁同步电机无传感器矢量控制系统的研究ABSTRACTWithpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)iswidelyusedinmanyareas,highperformanceofPMSMdrivesys

4、temisbecomingarequirement.PMSMdrivesystemishopedtobenotonlywithhighcontrolaccuracyandbetterstaticperformance,butalsowithlowcost.Accuratepositionandvelocitysignalsarethekeypointofthehighperformance.Inconventionalmotioncontrol,mechanicalsensorisusedforthispurp

5、ose.Howeverthisadditionalsensorwithhighcostandlowreliabilityisimpactedbytemperature,humidnessandconcussion.Sotheapplicationofposition/velocitysensorislimited.Therefore,speedsensorlesscontrolhasbecomeahotresearchtopic.Inthispaper,differentsensorlessestimation

6、algorithms.arecomparedandanalyzed,ExtendedKalmanFilter(EKF)isappliedinsensorlesscontrolofPMSMbecauseofitsadvantage.VectorcontrolprincipleofPMSMandKalmanFilteringareanalyzedindetail.TherotorangleandspeedofPMSMareestimatedonlinebyEKF-basedestimatorwhichisconst

7、ructedinstaticcoordinate.Selectioncriteriaformatrixparameterissummarizedthroughsimulation,andthemethodisprovedtobeofgoodangletrackingprecision,speed-controlperformanceandrobust.Reduced-orderEKFisdesignedtoavoidlargecomputingcapacityofEKF.Goodtrackingperforma

8、nceforrotorangleisalsoapprovedbysimulation.Finally,therelatedsoftwareandhardwareplatformareintroduced.ControlcircuitwithMC56F8346digitalsignalprocessor(DSP)andmaincircuitarethoroughlydiscussed.T