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永磁无刷电机控制方法的研究

彭国秀  
【摘要】: 随着对冰箱压缩机高效率、低噪声的追求,永磁无刷电机包括无刷直流电机(BLDCM)和永磁同步电机(PMSM)已广泛应用于冰箱压缩机控制系统中。 本论文研究内容是重庆大学电气工程学院和斯比泰电子(深圳)有限公司合作项目的一个子课题,课题主要对变频冰箱所用无刷直流电机和永磁同步电机的控制方法进行研究。本论文从课题要求和实际应用的角度出发,研究的内容可分为两个部分,第一部分(第2章和第3章)是无位置传感器无刷直流电机起动电路的研究,第二部分(第4章和第5章)是用于无位置传感器永磁同步电机的滑模观测器的研究。 论文的第一部分从分析无刷直流电机的基本运行原理出发,在一定的假设简化基础上,建立了无刷直流电机的数学模型和等效电路。在Matlab/Simulink和SimPowerSystems中建立了无刷直流电机的本体仿真模型,在仿真模型中,利用分段线性法来实现反电动势检测电路。论文分析了各种反电动势法检测转子位置的无刷直流电机起动方法,针对现有无传感器无刷直流电机三段式起动过程中电流过大的问题,引入了电流闭环对三段式起动方法进行了改进,并在Matlab中建立了电流闭环起动电路及其系统的仿真模型。对电流闭环起动方法加速过程以及稳态运行时的仿真研究表明该措施解决了三段式起动时电流较大的问题。 论文的第二部分从分析永磁同步电机在d ? q轴系和α?β轴系下的数学模型出发,在Matlab/Simulink中建立了d ? q轴系下的永磁同步电机本体的仿真模型。利用id = 0的矢量控制策略和空间矢量脉宽调制方法,在Matlab/Simulink中建立了基于滑模观测器的永磁同步电机系统仿真模型。详细分析了传统滑模观测器的结构和卡尔曼滤波器的设计原理,针对传统滑模观测器存在的抖振和反电动势相位延迟的问题,提出了改进的滑模观测器结构,并在Matlab/Simulink中对其进行了建模。通过对传统和改进的滑模观测器的对比研究,仿真结果证明了改进的滑模观测器解决了传统滑模观测器存在的问题。在负载和转速分别发生阶跃变化的条件下,对改进的滑模观测器进行了仿真分析,仿真结果证明该改进方法具有较强的鲁棒性和更好的抗扰动性能,且滑模观测器结构简单。


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