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永磁同步电动机无传感器的位置检测技术研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究课题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高速时的无传感器检测技术

1.2.2 零速和低速时的无传感器检测技术

1.3 永磁同步电动机无传感器检测的难点

1.4 本文的主要内容

第2章 永磁同步电机的数学模型及矢量控制

2.1 永磁同步电机的结构和凸极效应

2.1.1 永磁同步电动机的基本结构

2.1.2 永磁同步电动机的凸极性

2.2 数学模型

2.2.1 永磁同步电机坐标变换原理

2.2.2 d-q坐标系下的永磁同步电机数学模型

2.3 永磁同步电机的矢量控制

2.3.1 矢量控制系统结构组成

2.3.2 电机矢量控制运行的约束条件

2.3.3 永磁同步电动机的最大转矩/电流比控制

2.4 空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术

2.4.1 SVPWM基本原理

2.4.2 SVPWM的算法实现

2.5 本章小结

第3章 高频信号注入法的位置检测技术

3.1 高频信号注入法的电机模型

3.2 高频载波电流信号轨迹

3.3 高频励磁信号的来源

3.4 滤波处理环节

3.4.1 负序分量的同步参考坐标系滤波

3.4.2 滤波设计

3.5 外差处理

3.6 龙贝格(luenberger)观测器观测转子位置

3.6.1 龙贝格观测器

3.6.2 龙贝格观测器的改进

3.7 凸极电机的转子磁极位置跟踪观测器

3.8 转子磁极判定

3.9 本章小结

第4章 系统仿真分析

4.1 仿真模型

4.2 仿真结果及分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

永磁同步电动机由于其体积小、效率高、可靠性好等诸多优点,使得它得到了广泛的应用。只有知道了转子位置角度,才能实现永磁同步电动机的矢量控制。常规控制系统都是采用旋转变压器或光电编码器来检测转子实时的位置,但是它们的使用无疑增加了系统的成本,并且降低了系统的可靠性。
  本文以插入式永磁同步电动机作为研究对象,基于无传感器的条件下对永磁同步电机转子位置的检测进行了研究。
  首先,查阅了大量的相关参考文献和期刊的基础上,对PMSM无传感器控制的研究现状和进展进行了概述,简要介绍了多种无传感器控制技术,探讨了高频信号注入法在永磁同步电动机的无传感器控制方面的巨大优势。
  其次,本文详细介绍了高频电压信号注入法,该方法是利用永磁同步电动机的凸极效应,在电机定子绕组中注入高频电压,电机的凸极对高频电压产生的电流信号进行了调制作用,所以,高频电流中包含有转子的位置信息。利用滤波器对高频电流进行处理,提出了一种新型滤波技术并改进以获得更好的滤波效果;使用外差法将转子位置误差角提取出来;提出了应用龙贝格转子位置观测器来估计转子位置,并对观测器进行了改进;通过电机的磁链饱和效应来鉴别磁场的磁性,采用这种方法能够准确的检测转子初始位置和磁极极性。
  然后,采用MATLAB/Simulink仿真软件进行一系列的仿真,仿真得到的结果验证了高频信号注入完成电机控制的可行性。

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