内嵌式永磁同步电机无位置传感器矢量控制方法研究

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近年来,由于永磁同步电机具有高效率、高功率密度、可靠等优点,在高精度的电机控制系统中得到了广泛应用。而永磁同步电机需要精确的转子位置信号来实现磁场定向,传统做法是在电机转轴上安装机械式位置传感器来获取转子位置。安装传感器不仅增加了系统的体积、成本,而且维护性差,降低了系统的可靠性,限制了其在一些特殊场合的应用。因此,无位置传感器控制成为电机控制技术领域的研究热点之一。  本文在概述永磁同步电机无位置传感器控制的发展背景、分析现有国内外无位置传感器控制方法的基础上,研究宽调速范围的无位置传感器矢量控制方法。主要的研究内容和成果如下:  首先,介绍永磁同步电机的结构、分类及特点,研究了永磁同步电机的数学模型,仿真分析了内嵌式永磁同步电机的凸极特性。  其次,研究了基于转子凸极效应的脉振高频电压注入法,给出了基于电机运动学模型构建龙伯格观测器设计方法,提出了一种判断转子初始位置磁极极性的两相互补脉冲电压注入法。通过仿真验证了所研究算法的有效性。  再次,在分析内嵌式永磁同步电机旋转坐标系下反电动势项的基础上,研究了适用于中高速估计基于龙伯格观测器的扩展电动势观测器法。并通过仿真验证算法可行性。  最后,采用加权方式实现两种估计方法地平滑过渡,实现内嵌式永磁同步电机宽调速范围的无位置传感器矢量控制。并详细讨论了电流、速度调节器参数的设计方法。设计了内嵌式永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统实验平台。并在该平台上完成了本文所提算法的实验验证。
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