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基于高频方波注入永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统方案研究

陈金磊  
【摘要】:永磁同步电机(PMSM)因高功率密度,高转矩密度,效率高等优点被广泛应用,由PMSM组成的矢量运动控制系统在交流伺服工业领域中占据重要地位。传统的PMSM矢量控制系统需要转子位置信息以实现精确的磁场定向控制,而转子位置信息可以由编码器或旋转变压器获得。考虑到成本、安装位置等因素,无传感器的矢量控制控制技术成为新的热点研究问题。目前,无位置传感器矢量控制方案中的转子位置信息大多由基于模型的观测器方案获得。该方案本质上是借助于反电势对转子位置进行估计。一旦转速较低或在起动场合,则因反电势较小或反电势为零导致观测器方案失效。高频注入方案就是为了解决上述问题应运而生的。它利用注入高频激励信号和电机转子电感的不对称获得高频响应,再由高频响应提取转子位置信息。这种方案由于不依赖于反电势,特别适用于低速甚至零速场合,因而得到相关科技工作者的极大关注。本文在研究了传统的正弦高频电压注入方案的基础上,重点对基于高频方波注入方案的无位置传感器矢量控制进行了深入研究,并在TMS320F28335DSP实验平台上进行了样机调试,主要研究内容如下:(1)在分析了 PMSM高频模型的基础上对高频正弦旋转电压注入和正弦脉振电压注入方案及其相关问题进行了深入分析和讨论,并设计了相应的无位置矢量控制系统。(2)针对高频正弦电压注入无位置传感器矢量控制方案电流带宽低、噪音大等问题,采用了开关频率的高频方波注入方案。该方案通过新的电流解调方案替代了传统的滤波器,大大提升了系统带宽,改善了系统的动态性能。(3)为了改善高频注入方案中的转子位置估计精度,对涉及影响位置估计精度的几个主要因素,如交叉耦合、逆变器死区等进行了研究,并提出了相应的解决措施。(4)对注入频率为开关频率的高频方波脉振注入无位置传感器的矢量控制方案进行了样机实验,验证了方案的有效性。


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