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物联网-智慧传输-基于高频方波注入永磁同步电机无位置传感器控制技术研究.pdf
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2022-07-11
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物联网-智慧传输-基于高频方波注入永磁同步电机无位置传感器控制技术研究.pdf
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致谢
时光飞逝,三年的研究生生活转眼即逝,在这三年中,在学习,生活上都收
获了很多,可遇到了很多困难,值论文搁笔之际,由衷感谢一路上陪伴我的亲人,
在学习生活上给予帮助的同学和老师,一起探讨学术,一起进步的学弟学妹。
首先,感谢我的导师余强老师和田里思老师,在生活上,每当我遇到困难,
余老师和田老师就会伸出援助之手,当我处于迷茫时,老师为我指明方向。在学
习上,研一时,余老师指导我们对电机本体展开研究,教会我们做学问的思路与
方法,余老师的严谨治学态度,渊博的知识以及孜孜不倦的敬业精神时刻激励着
我前进。从创新点的提出,仿真实验验证,论文的反复修改,到成功收录见刊,
一路走来,深深体会到做学术研究的不易。研二时,接触到帅气,阳光,和蔼可
亲的田老师,田老师在电机控制方向上给予了我很大的帮助,论文是在他的悉心
指导下完成的。从论文的选题,到仿真实验验证,到最后论文的撰写方面都给予
了很大的帮助。在深圳实习期间对我们的牵挂与关心,生活上,田老师把我们当
亲人一样对待。学习上,田老师对我们的严格要求,培养我们严谨缜密的思维习
惯。在以后生活学习中,我一定谨记田老师的良苦用心。
其次,要感谢实验室的师弟师妹,实验室有了你们也充满了生机与活力,给
我们带来了欢乐,大家有空一起打球,培养了我们团结合作的团队精神。在大家
有困难时,一起互帮互助,营造了团结友爱的大家庭。相信在这样氛围下,实验
室发展越来越好。感谢同门褚赛,何畅,师弟曹晓光,应征宇等帮助。
然后,感谢一直陪伴在我身边的父母,在二十多年的求学中,你们一直在默
默无私的付出,在背后一直支持我,我将永存感恩之心,用一生去报答你们。同
时也在今年,自己家乡遭遇到新冠病毒疫情,感谢无私奉献的一线医护人员,你
们是最美的逆行者!为我们的健康保驾护航。
最后,感谢各位评审专家与老师在百忙之中对我的论文进行评审与指导!
万方数据
I
摘 要
在交流调速控制领域,永磁同步电机具有体积小、高功率密度、高可靠性、
高运行效率等优势。然而,在一些特殊场合下,由于位置传感器的局限性,永磁
同步电机无位置控制技术成为了当下的一个研究热点。本文以内埋式永磁同步电
机为研究对象,对零低速段时,从提高动态性能与稳态精度两方面对无位置控制
技术进行深入研究。
首先,介绍永磁电机的物理模型,通过坐标变换理论,对电机进行数学建模,
分析常用的矢量控制策略,采用
0
d
i
的电流控制策略以及电压空间矢量调制策
略,搭建了永磁同步电机的双闭环调速系统,验证了有传感器的矢量控制。为了
研究低通滤波器对控制系统的影响,对电流环与转速环进行建模分析。
其次,建立永磁同步电机的高频模型,介绍了高频旋转正弦电压信号注入无
位置控制技术,从原理分析到估计转子位置信息提取过程。为了简化信号处理流
程,研究了基于高频脉振信号注入无位置控制,研究在估计旋转轴系和测量轴系
下提取估计转子位置两种方案,并搭建仿真模型验证了方案的可行性。为了减少
在提取高频电流时带通滤波器的使用,分析了高频响应电流的轨迹,研究了基于
高频电流矢量角的估计转子位置提取方案,提高了控制系统的动态性能。为了减
少提取高频电流时直流电流的影响,设计了一种新型自适应滤波器,对直流电流
进行了有效抑制,结合基于高频电流矢量角转子位置提取方案,搭建仿真模型,
验证了方案的有效性。
然后,为了减少提取估计转子位置时低通滤波器的使用,提高系统的动态性
能,研究了高频方波注入无位置控制,研究了基于静止轴系、测量轴系和估计旋
转轴系下提取估计转子位置方案。搭建了仿真平台验证了方案的有效性,为了提
高电流的利用率,研究了一种基于高频方波注入下 MTPA 控制策略,为了提高
无位置控制技术的精度,分析了逆变器死区对控制系统的影响,研究了基于方波
电压前馈补偿法和自适应滤波电压前馈死区补偿方案,并对仿真进行了验证分析。
最后,搭建基于实验平台,通过硬件和软件设计,对高频脉振电压和高频方
波注入进行了实验验证。本文图有 115 幅,表有 3 个,参考文献 146 篇。
关键词:无位置控制;高频信号注入;逆变器死区;自适应滤波器;MTPA 控制
万方数据
II
Abstract
In the field of AC speed control, permanent magnet synchronous motors have the
advantages of small size, high reliability, and high operating efficiency. However, in
some special occasions, due to the limitation of the position sensor, the sensorless
control technology of the PMSM has become a research hotspot. This paper takes the
embedded permanent magnet synchronous motor as the research object, and conducts
in-depth research on the positionless control technology from the aspects of
improving dynamic performance and steady-state accuracy at zero low speed.
First, the physical model of the permanent magnet motor is introduced, and the
motor is mathematically modeled through coordinate transformation theory. The
commonly used vector control strategies are analyzed. The current control strategy
and voltage space vector modulation strategy are used to build a double closed-loop
of the PMSM. The speed control system verifies the vector control with sensors. In
order to study the effect of the low-pass filter on the control system, the current loop
and the speed loop are modeled and analyzed.
Secondly, the high-frequency model of the permanent magnet synchronous
motor is established, and the high-frequency rotating sinusoidal voltage signal
injection without position control technology is introduced. From the principle
analysis to the estimated rotor position information extraction process. In order to
simplify the signal processing process, the positionless control based on
high-frequency pulse signal injection is studied. Two schemes are proposed to extract
the estimated rotor position under the estimated rotating shaft system and the
measured shaft system, and a simulation model is established to verify the feasibility
of the scheme. In order to reduce the use of band-pass filters when extracting
high-frequency currents, the trajectories of high-frequency response currents are
analyzed, and an estimated rotor position extraction scheme based on high-frequency
current vector angles is studied to improve the dynamic performance of the control
system. In order to reduce the effect of DC bias when extracting high-frequency
current, a new type of adaptive filter is designed to effectively suppress the DC bias.
Combined with the high-frequency current vector angle rotor position extraction
scheme, a simulation model is established and verifie effectiveness of the program.
Then, in order to reduce the use of low-pass filters when extracting the estimated
rotor position and improve the dynamic performance of the system, the
high-frequency square wave injection without position control was studied. Estimate
万方数据
III
rotor position scheme. A simulation platform was established to verify the
effectiveness of the scheme. In order to improve the current utilization rate, a MTPA
control strategy based on high-frequency square wave injection was studied. The
influence of the control system is analyzed, and the dead-time compensation scheme
based on the square wave voltage feed-forward compensation method and adaptive
filter voltage feed-forward deadband compensation is researched.
Finally, based on the experimental platform, the high-frequency pulse voltage
and high-frequency square wave injection were experimentally verified through
hardware and software design.
This article has 115 pictures, 3 tables and 146 references.
Keywords: Sensorless control; High frequency signal injection method; Inverter dead
time; Adaptive filter; MTPA control
万方数据
IV
目 录
摘要 ........................................................................................................................... I
目录 ........................................................................................................................ IV
图清单 ................................................................................................................. VIII
表清单 ................................................................................................................. XIV
变量注释表 ........................................................................................................ XVII
1 绪论 .......................................................................................................................1
1.1 课题研究背景及意义……………………………………………………………1
1.2 永磁同步电机无位置传感器国内外研究现状…………………………………2
1.3 永磁同步电机无位置传感器控制技术综述……………………………………5
1.4 基于永磁同步电机最大转矩电流比控制策略研究…………………………11
1.5 逆变器的死区及补偿策略国内外研究现状…………………………………12
1.6 永磁同步电机高频注入无位置控制存在主要问题…………………………15
1.7 论文研究的主要内容及章节安排……………………………………………16
2 永磁同步电机数学模型与矢量控制……………………………………………18
2.1 永磁同步电机本体结构和模型………………………………………………18
2.2 永磁同步电机的数学模型……………………………………………………19
2.3 永磁同步电机矢量控制策略…………………………………………………24
2.4 滤波器对无位置传感器控制系统带宽的影响………………………………33
2.5 本章小结………………………………………………………………………37
3 基于高频正弦电压注入的无位置传感器控制技术……………………………39
3.1 高频旋转正弦电压注入原理分析……………………………………………39
3.2 基于脉振高频电压注入法无位置控制技术…………………………………45
3.3 基于高频电流矢量角的转子估计位置提取方案……………………………50
3.4 基于自适应滤波器提取高频电流方案………………………………………60
3.5 本章小结………………………………………………………………………73
4 基于高频方波注入无位置传感器控制技术研究………………………………74
4.1 高频脉振方波注入无位置传感器控制技术…………………………………74
4.2 高频脉振方波信号注入的 MTPA 控制策略研究………………………………89
4.3 逆变器的死区影响及补偿策略研究…………………………………………97
4.4 本章小结………………………………………………………………………114
5 永磁同步电机无位置传感器控制实验………………………………………115
万方数据
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资源评论
- andyshar2023-05-04支持这个资源,内容详细,主要是能解决当下的问题,感谢大佬分享~
programmh
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