資料介紹
無(wú)傳感器內(nèi)嵌式永磁同步電動(dòng)機(jī)(IPMSM)系統(tǒng)具有低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn),在家用電器、高速電機(jī)、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于無(wú)傳感技術(shù)在實(shí)現(xiàn)方法上的限制,很難保證 IPMSM 在寬調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。因此,研究適用于寬調(diào)速范圍的 IPMSM 轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)技術(shù),并提高位置預(yù)估精度,對(duì) IPMSM 無(wú)傳感技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。論文以 IPMSM 為研究對(duì)象,對(duì)電機(jī)初始位置檢測(cè)、低速以及高速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)技術(shù)、不同轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)技術(shù)的復(fù)合檢測(cè)方法等問(wèn)題進(jìn)行了深入地分析與研究。論文首先在深入分析了傳統(tǒng) IPMSM 數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立了含有交叉耦合的 IPMSM 數(shù)學(xué)模型。采用有限元的方法分析交直軸增量自感和互感隨交直軸電流和轉(zhuǎn)子位置變化的關(guān)系,確定了電感參數(shù)的變化范圍。并根據(jù)電感變化規(guī)律給出了 IPMSM 在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域最大轉(zhuǎn)矩/電流控制下的定子電流軌跡以及弱磁區(qū)域的轉(zhuǎn)速范圍。其次,對(duì)采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法預(yù)估轉(zhuǎn)子位置的原理加以分析。建立考慮 IPMSM 磁場(chǎng)交叉耦合的高頻電流響應(yīng)數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)定子電流信號(hào)解調(diào),提取高頻負(fù)序電流分量,并采用鎖相環(huán)(PLL)的方法預(yù)估轉(zhuǎn)子位置和速度。根據(jù) d 軸磁鏈的飽和特性,通過(guò)構(gòu)建磁鏈飽和模型來(lái)判斷磁極極性。分析磁場(chǎng)交叉耦合以及定子電流信號(hào)解調(diào)過(guò)程對(duì)位置預(yù)估的影響,并對(duì)預(yù)估角度偏差加以補(bǔ)償。再次,在靜止坐標(biāo)系下建立基于線性磁鏈的 IPMSM 狀態(tài)方程,并以此為基礎(chǔ)建立擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)滑模觀測(cè)器來(lái)預(yù)估轉(zhuǎn)子位置。結(jié)合高階滑模和非奇異終端滑模的優(yōu)點(diǎn),提出二階非奇異終端滑??刂频姆椒ㄌ岣呤諗克俣纫种苹6墩瘢⒗美顏喥罩Z夫(Lyapunov)定理證明了觀測(cè)器的穩(wěn)定性,得出滑模增益矩陣的自適應(yīng)率。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和弱磁區(qū)域定量分析定子電阻偏差、交軸電感偏差以及預(yù)估角速度偏差對(duì)觀測(cè)器預(yù)估磁鏈幅值和相位的影響,通過(guò)對(duì)預(yù)估磁鏈采用 PLL 的方法獲得轉(zhuǎn)子位置和速度。然后,將旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)滑模觀測(cè)器法相結(jié)合,在寬調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)合方法檢測(cè)磁極位置。在低速范圍內(nèi)采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法檢測(cè)磁極位置,在高速范圍內(nèi)采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)滑模觀測(cè)器法檢測(cè)磁極位置,從而保證 IPMSM 能夠在從靜止到弱磁區(qū)域內(nèi)都平穩(wěn)運(yùn)行。最后,設(shè)計(jì)了無(wú)傳感器 IPMSM 全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件電路研制以及算法編程工作。給出了采用旋轉(zhuǎn)電壓注入法、擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)滑模觀測(cè)器法以及寬調(diào)速范圍復(fù)合方法的 IPMSM 磁極位置檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出算法的正確性和可行性。
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