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随着工业文明的进步,永磁同步电机(PMSM)作为机电能量转换最为重要的一环,受到了广泛的关注。由于传统的三相电机无法满足对功率密度或容错性能要求较高的场合,多相电机具有更加明显的优势。在空间矢量调制下,不可避免地会产生高频的共模电压脉冲,进而形成轴电流流过电机绝缘或者电机轴承,影响电机使用寿命;而电机位置传感器会增加电机控制系统体积和成本,并无法在恶劣环境下工作的问题也亟待解决。
为此,本文提出一种可以抑制共模电压的控制策略代替传统的控制策略,并提出一种改进型滑模观测器代替传统位置传感器及传统滑模观测器检测电机位置及速度。本文主要研究内容如下:首先,查阅国内外文献和相关资料,深入分析了有关多相电机共模电压抑制、无位置传感器检测及多相电机控制策略的国内外研究现状,从而为进一步研究奠定理论基础。
其次,通过双d-q变换及矢量空间解耦变换引出关于六相电机的解耦控制方式,讨论两种解耦方式的异同,并在矢量空间解耦变换的基础上介绍两矢量和最大四矢量控制方式。然后从六相PMSM的共模电压出发,提出一种具有抑制共模电压功能的空间矢量调制方式作为本文的矢量调制策略。根据列写所有空间矢量的共模电压幅值,分析传统矢量控制的局限性,并给出新型空间矢量脉宽调制(SVPWM)调制顺序及矢量作用时间。
其次,对传统的滑模观测器进行研究分析,针对其抖振问题进行改进,使得其在动态及稳态性能都有相应的提升,提高了基于无位置传感器控制系统的鲁棒性,改善了其在不同速域下的动态响应能力。
再次,本文采用MATLAB/Simulink进行系统仿真平台的搭建,并通过仿真分析相关结果,验证了新型空间矢量调制对于共模电压抑制的效果,以及使用改进型滑模观测器对于电机位置信息提取的准确性。
最后,搭建了基于无位置传感器的六相PMSM硬件平台,进行了实验研究,结果验证本文所论述内容的正确性和可行性。
为此,本文提出一种可以抑制共模电压的控制策略代替传统的控制策略,并提出一种改进型滑模观测器代替传统位置传感器及传统滑模观测器检测电机位置及速度。本文主要研究内容如下:首先,查阅国内外文献和相关资料,深入分析了有关多相电机共模电压抑制、无位置传感器检测及多相电机控制策略的国内外研究现状,从而为进一步研究奠定理论基础。
其次,通过双d-q变换及矢量空间解耦变换引出关于六相电机的解耦控制方式,讨论两种解耦方式的异同,并在矢量空间解耦变换的基础上介绍两矢量和最大四矢量控制方式。然后从六相PMSM的共模电压出发,提出一种具有抑制共模电压功能的空间矢量调制方式作为本文的矢量调制策略。根据列写所有空间矢量的共模电压幅值,分析传统矢量控制的局限性,并给出新型空间矢量脉宽调制(SVPWM)调制顺序及矢量作用时间。
其次,对传统的滑模观测器进行研究分析,针对其抖振问题进行改进,使得其在动态及稳态性能都有相应的提升,提高了基于无位置传感器控制系统的鲁棒性,改善了其在不同速域下的动态响应能力。
再次,本文采用MATLAB/Simulink进行系统仿真平台的搭建,并通过仿真分析相关结果,验证了新型空间矢量调制对于共模电压抑制的效果,以及使用改进型滑模观测器对于电机位置信息提取的准确性。
最后,搭建了基于无位置传感器的六相PMSM硬件平台,进行了实验研究,结果验证本文所论述内容的正确性和可行性。