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卫星空调系统中无刷直流电机的低速性能研究

李磊  
【摘要】:空调压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械装置,由其内部的无刷直流电机带动活塞压缩气体,是制冷系统的核心。无刷直流电机具有结构简单,维护方便,调速性能好,运行可靠等优点,在伺服控制、电动车辆、机器人技术及家用电器等领域都得到了越来越广泛的应用。高效、准确地控制无刷直流电机启动并平稳运行是压缩机正常工作的前提。本课题基于卫星空调系统中压缩机的控制,对压缩机内部的无刷直流电机低速性能进行深入研究。在卫星空调系统工作时,压缩机内部会有制冷剂通过,会对位置传感器有影响,且在压缩机内部装有机油,会对位置传感器有腐蚀作用,又由于压缩机设计为密封形式,故不能在压缩机内装位置传感器。综上考虑,本文采用无位置传感器无刷直流电机驱动压缩机工作,在避免上述种种弊端的同时,既可以降低系统故障率,也可以减轻系统质量,降低压缩机控制系统功耗。在无刷直流电机控制中,准确地检测转子位置是进行准确换向的前提,且在无位置传感器无刷直流电机中,转子的位置信息需通过测量反电动势信号间接得到。为保证卫星中其他部分供电正常,卫星空调系统应尽量降低自身功耗,所以无刷直流电机应具有良好的低速性能。但当电机运行在低速范围内时,反电动势信号微弱,导致难以准确得到转子位置信息。为此,本文通过构造滑模观测器状态空间方程,将线电压,相电流等可测信号作为状态量,在反电动势信号微弱的情况下,通过滑模观测器估算出当前反电动势信号。同时,针对传统滑模观测器与龙伯格观测器的观测性能做深入分析,并对滑模观测器进行优化设计,对其进行仿真分析并验证,最后进行物理实验,估算出低速运行时的反电动势信号。本课题来源于微型制冷系统控制器项目。基于滑模观测器,设计一款应用在卫星空调系统中的压缩机控制器,对滑模观测器应用在卫星空调压缩机控制系统领域具有一定意义。


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