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基于灰色模型永磁无轴承电机无位置传感器控制方法研究

孙海军  
【摘要】: 无轴承电机能够同时实现转矩控制与悬浮力控制,已经成为高速、超高速电机研究的热点之一,并广泛受到国内外专家学者的关注。永磁同步无轴承电机可靠性高、结构简单、制造方便,目前己经在半导体生产和医学等领域成功应用。 永磁无轴承电机的无传感器控制技术具有可靠性高、系统成本低、能减小转子的轴向长度和电机体积等优点,并且能适合高速大功率运行,可以改善高速电机的动态性能等。在永磁无轴承电机高速和超高速运行情况下,使用机械传感器测量转子位置有较多问题,并会影响到永磁无轴承电机矢量控制的性能。使用无转子位置传感器控制技术替代机械传感器已成为高速和超高速电机获得转子位置信息的重要方法之一。现有的对电机无转子位置传感器控制技术的研究主要针对低速运行情况,对于超高速电机,会有许多实际因素影响转子位置的估计。本文重点研究基于灰色模型永磁无轴承电机无转子位置传感器控制方法。 本文针对面贴式永磁无轴承电机,阐述了永磁无轴承电机的基本工作原理。从永磁无轴承电机数学模型出发,结合灰色预测理论推导了两种转速估计方法;永磁无轴承电机灰色模型解析法无传感器控制策略和永磁无轴承电机灰色模型辨识法无传感器控制策略都实现了无传感器控制,但这两种策略均依赖于电机参数,在电机温度变化,磁饱和等情况下对控制品质会有影响。本文利用参数在线辨识很好地解决这个问题。由于定子铁芯达到饱和时定子绕组线圈中电感减小,通过在绕组线圈中通以直流脉冲并检测线圈中电流变化率,从而得到转子初始位置。在检测转子初始位置基础上利用转子位置灰色模型辨识法同时结合参数辨识建立永磁无轴承同步电机在线参数辨识无传感器控制策略。其次对永磁无轴承同步电机灰色模型辨识法和永磁无轴承同步电机在线参数辨识无传感器控制策略分别作了多种转速下的仿真,结果验证了上述两种算法的理论正确性,实现了无传感器技术在永磁无轴承电机矢量控制中的应用。 结合本文提出的永磁无轴承同步电机在线参数辨识无传感器控制策略,采用DSP(TMS320LF2407A)作为主控芯片,DSP(TMS320VC33)作为辅助芯片,设计了双DSP永磁无轴承同步电机的无传感器控制系统。同时在永磁同步无轴承电机实验平台上进行了无转子位置传感器技术的实验,实验结果验证了该策略的有效性。


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