收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

永磁同步电动机高性能转矩控制关键技术研究

邢岩  
【摘要】:永磁同步电动机(PMSM)由于结构简单,运行可靠,转矩惯量比高,损耗少,效率高,而广泛应用于工业领域,研究高性能永磁同步电机交流调速系统具有广阔的前景和重要的意义。本文围绕永磁同步电动机高性能转矩控制策略展开研究,深入讨论永磁同步电动机交流调速系统中减小磁链和转矩脉动、保持逆变器开关频率恒定、实现无传感器控制等方法,并进行了仿真分析和实验验证。本文研究内容如下:一、传统直接转矩控制(DTC)中将整个定子磁链平面分为六个扇区,根据磁链和转矩要求及磁链位置选择合适的空间电压矢量,进而控制逆变器工作。但是仅有六个幅值固定的基本电压矢量可供选择,造成磁链和转矩控制准确度低,并且每个扇区内电压矢量对磁链的作用效果不对称,产生较大脉动;另外,磁链和转矩两个数字滞环比较器的使用也会带来磁链和转矩脉动大,逆变器开关频率不恒定的问题。针对永磁同步电动机传统直接转矩控制中存在的可供选择的定子电压矢量少导致磁链和转矩脉动大的问题,提出了一种基于十二矢量的直接转矩控制。详细分析了传统直接转矩控制中定子电压矢量对磁链的作用效果,指出仅使用六个基本电压矢量不能满足系统的控制要求,在某些情况下还会发生电压矢量选择错误的现象。提出了一种增加电压矢量的方法,利用原有的六个电压矢量合成六个新电压矢量,新电压矢量与原电压矢量一起作为可供选择的空间电压矢量。该方法电压矢量选择更细致,而且新十二个矢量对定子磁链的作用效果相对平缓,有利于在砰--砰控制系统中实现对磁链和转矩的精确控制。仿真结果证明了这种方法能够有效地减小磁链和转矩脉动。针对永磁同步电动机传统直接转矩控制中存在的扇区边界处电压矢量对定子磁链的作用效果不对称的问题,提出了一种基于十八区段的直接转矩控制。定子磁链的变化量与采样周期、该周期内作用的电压矢量幅值、电压矢量与磁链之间的夹角有关系,传统直接转矩控制中扇区边界处一个采样周期内磁链的增加量和减小量不对称。因此将传统DTC的一个扇区细分成三个小区段,实现了基于十八区段的直接转矩控制,有效的解决了扇区内磁链变化量不平衡的问题。仿真结果表明该方法减小了电机磁链和转矩脉动,磁链运行轨迹平滑。针对永磁同步电动机传统直接转矩控制中逆变器开关频率不恒定、磁链转矩脉动大的问题,提出了基于空间电压矢量调制技术的直接转矩控制方法。用空间电压矢量调制模块代替了原有的滞环比较器和电压矢量选择表,保证逆变器开关频率恒定。根据磁链和转矩控制要求、定子磁链位置信息,利用空间电压矢量调制方法合成能够恰好补偿磁链和转矩误差的电压矢量,控制电机按给定状态运行。该方法显著的降低了磁链和转矩脉动,仿真结果证明了其准确性。二、针对永磁同步电动机传统直接转矩控制中磁链积分器存在误差积累和积分饱和的问题,设计了一种扩展卡尔曼滤波(EKF)算法与PMSM电流模型相结合的定子磁链观测器。在两相静止坐标系中建立观测器模型,将电机电流和电压作为输入变量,电机转速和转子位置作为状态变量,并与电机的电流模型相结合,实时观测定子磁链、转速和转子位置。EKF算法可以有效地削弱随机干扰和量测噪声,有效减小磁链和转矩脉动的同时,增强了控制系统的鲁棒性。EKF模型中有三个需要确定的协方差矩阵,想要获得良好的设计结果比较困难。详细介绍了EKF协方差矩阵参数对系统响应时间和估计性能的影响,给出协方差矩阵参数选取规律。仿真和实验结果表明,该方法磁链和转速估计准确,系统脉动低,鲁棒性强,实现了无传感器运行。三、设计了基于粒子滤波(PF)算法的永磁同步电动机定子磁链估计器。粒子滤波方法因适用于非线性、非高斯等卡尔曼滤波无法应用的估计问题而备受关注。探索研究粒子滤波在永磁同步电动机定子磁链估计中的应用,详细分析序贯粒子滤波算法原理,设计基于粒子滤波的PMSM直接转矩控制系统的定子磁链估计模型,通过计算机仿真验证其有效性,并与基于扩展卡尔曼滤波的DTC系统性能作比较,对两种算法的估计时!间和系统性能进行了分析。四、设计了基于降阶观测器的模型参考自适应转速辨识方法,实现了永磁同步电动机无传感器闭环控制系统。详细阐述模型参考自适应方法原理及波波夫超稳定性理论,用电机反电动势降阶模型和电压模型构成模型参数自适应系统,其中电压方程作为参考模型,电机降阶状态方程作为可调模型,用可调模型去逼近参考模型,从而得到转速及转子位置信息。仿真和实验结果表明该方法转速估计精度高,抗干扰能力强,无传感器控制系统性能好。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张波,李忠,毛宗源,庞敏熙;一类永磁同步电动机混沌模型与霍夫分叉[J];中国电机工程学报;2001年09期
2 江慧;永磁同步电动机[J];变流技术与电力牵引;2001年06期
3 张卓,李忠;永磁同步电动机混沌系统的反控制[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2001年03期
4 张卓,李忠,任平;永磁同步电动机中的混沌现象[J];模糊系统与数学;2001年02期
5 熊浩,李新华,周克定;单相永磁同步电动机的建模与仿真[J];微特电机;2002年02期
6 熊浩,李新华;单相永磁同步电动机的变频调速研究[J];微特电机;2002年04期
7 陈宇华,杨宪忠;日本永磁同步电动机的最新动态[J];防爆电机;2002年03期
8 张波,李忠,毛宗源;永磁同步电动机的混沌特性及其反混沌控制[J];控制理论与应用;2002年04期
9 王步来,顾伟;内置式永磁同步电动机经验设计[J];微电机(伺服技术);2005年05期
10 张金柱;;永磁同步电动机在混合动力汽车上的应用[J];轻型汽车技术;2005年06期
11 蔡超豪;;永磁同步电动机的鲁棒H_∞控制[J];电气传动自动化;2006年02期
12 龙三平;刘伟;游江;;永磁同步电动机变频调速系统[J];应用科技;2006年08期
13 黄朝艳;李云飞;;永磁同步电动机混沌系统条件负反馈控制研究[J];长春师范学院学报;2006年12期
14 李伟力;刘秀君;陈文彪;;异步起动永磁同步电动机的负载性能[J];哈尔滨工业大学学报;2007年01期
15 周晖;袁从明;曹磊;;电压不对称时永磁同步电动机的动态过程[J];南通大学学报(自然科学版);2007年03期
16 李可;任鹏飞;米捷;;永磁同步电动机运动系统控制方案研究[J];中国高新技术企业;2008年21期
17 刘洋;陈丽香;唐任远;陈健;;永磁同步电动机的振动及噪声试验研究[J];电气技术;2009年04期
18 黄朝艳;;外加周期信号控制永磁同步电动机混沌系统[J];山西师范大学学报(自然科学版);2009年02期
19 李金;王步来;王桂利;吴明芹;;永磁同步电动机电磁场的有限元分析[J];电机技术;2009年02期
20 张春燕;;永磁同步电动机模糊PI控制系统与仿真[J];科技资讯;2009年28期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴茂刚;赵荣祥;;新型混合式高精度永磁同步电动机速度调节方法[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
2 钟技;周扬忠;陈道炼;;永磁同步电动机直接转矩全数字控制硬件系统设计研究[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年
3 武玉强;马新;宗广灯;;永磁同步电动机系统的有限时间跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 马亚青;侯雪川;邹艳;田德文;姜茹;;车辆电驱动系统中永磁同步电动机控制特性分析[A];全国冶金自动化信息网2013年会论文集[C];2013年
5 杨霞;杨波;杜继光;;永磁同步电动机矢量控制系统设计[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年
6 陆克山;于松义;;浅析稀土永磁同步电动机在机械采油系统中的应用[A];2010江苏省“能源计量与节能减排”论坛论文集[C];2010年
7 曹志彤;璩立强;;模型参考自适应控制永磁同步电动机系统的模拟研究[A];1991年控制理论及其应用年会论文集(下)[C];1991年
8 仇志坚;邓智泉;王晓琳;;基于电压-电流模型的无轴承永磁同步电动机悬浮子系统独立控制研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
9 肖红军;李先祥;黄道平;;永磁同步电动机的三电平直接转矩控制[A];全国冶金企业计控网络化研讨会论文集[C];2003年
10 刘新华;江建中;柏成立;龚宇;;基于场路耦合的异步起动永磁同步电动机计算方法[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 JON RYONG HO;无传感器永磁同步电动机伺服系统的智能自适应鲁棒控制研究[D];东北大学;2015年
2 唐旭;异步起动永磁同步电动机若干难点问题的研究[D];山东大学;2016年
3 邢岩;永磁同步电动机高性能转矩控制关键技术研究[D];东北大学;2014年
4 曹先庆;混合动力电动汽车用永磁同步电动机驱动系统的研究[D];沈阳工业大学;2008年
5 宋志环;永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究[D];沈阳工业大学;2010年
6 韦笃取;永磁同步电动机控制系统混沌行为分析及抑制和镇定[D];华南理工大学;2011年
7 王丽梅;基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D];沈阳工业大学;2005年
8 于慎波;永磁同步电动机振动与噪声特性研究[D];沈阳工业大学;2006年
9 赵清;中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究[D];沈阳工业大学;2006年
10 郭振宏;主轴永磁同步电动机及其传动系统设计研究[D];沈阳工业大学;1999年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李波;高动态性能永磁同步电动机的设计研究[D];湖南大学;2010年
2 丁亚明;盘式无铁心永磁同步电动机控制性能分析和控制方法研究[D];天津大学;2005年
3 郭超;基于平面倒立摆的双永磁同步电动机协调控制的研究[D];杭州电子科技大学;2013年
4 马箭;永磁同步电动机永磁磁链监测研究[D];湖南工业大学;2015年
5 秦振华;双三相永磁同步电动机故障性能分析[D];郑州大学;2015年
6 石强;永磁同步电动机无位置传感器控制技术研究[D];山东大学;2015年
7 杨智;船用高速永磁同步电动机的设计研究[D];中国舰船研究院;2015年
8 黄立军;基于DSP电机励磁的矢量控制系统设计与验证[D];大连理工大学;2015年
9 尹青华;永磁同步电动机电磁—机械应力耦合场的研究[D];华北电力大学;2015年
10 周士超;基于DSP的CAN总线伺服控制器的研制[D];黑龙江大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 驻太仓首席记者 徐允上;太仓诞生首台永磁同步电动机[N];苏州日报;2009年
2 记者 王蕾;高效高压永磁同步电动机在我省研制成功[N];山西经济日报;2012年
3 刘文硕;高效永磁同步电机降低设备电力损耗[N];中国纺织报;2007年
4 刘文硕;永磁同步电机助推纺织机节能[N];中国工业报;2007年
5 陈嵘;永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用[N];中国纺织报;2009年
6 刘红旗;小功率电机在家用电器中的应用[N];中国工业报;2005年
7 蒋振宇;中钢天源新技术被列入国家技术创新工程试点省项目[N];中国冶金报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978