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永磁同步电机无速度传感器控制的转子初始位置检测

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 永磁同步电机及控制应用的发展

1.2.1 永磁同步电机的发展

1.2.2 永磁同步电机无速度传感器控制理论的发展

1.2.3 永磁同步电机转子初始位置检测的研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 永磁同步电动机数学模型及其无速度传感器控制方法

2.1 永磁同步电动机的分类及其结构

2.2 坐标系变换及永磁同步电动机数学模型

2.2.1 坐标系及坐标变换理论

2.2.2 永磁同步电机的数学模型

2.3 永磁同步电动机无速度传感器控制

2.3.1 永磁同步电机矢量控制

2.3.2 基于滑模观测器的转子位置速度估计

2.4 小结

第3章 永磁同步电机转子初始位置的检测方法

3.1 预定位法

3.1.1 预定位法的转子初始位置检测原理

3.1.2 转子预定位的实现方法

3.2 高频信号注入法

3.2.1 旋转高频信号激励下永磁同步电机数学模型

3.2.2 旋转高频注入法的转子初始位置检测原理

3.3 电压矢量注入法

3.3.1 电压矢量注入法的转子初始位置检测原理

3.3.2 电压矢量注入检测的实现方法

3.3.3 电压矢量注入检测的改进

3.4 永磁同步电机无速度传感器控制的启动

3.5 小结

第4章 面贴式永磁同步电机转子初始位置检测系统设计与实验研究

4.1 系统硬件电路设计

4.1.1 系统硬件总体结构

4.1.2 控制电路设计

4.2 系统控制软件设计

4.2.1 主程序设计

4.2.2 中断服务子程序的设计

4.3 实验验证

4.3.1 实验数据及结果

4.3.2 实验结论

4.4 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

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摘要

永磁同步电动机具有体积小、控制特性好、功率因数高、可靠性高等优点,使其在工业领域及民用方面的应用日益广泛。永磁同步电机转子初始位置的准确性是影响其能否成功启动和启动力矩大小的决定性因素,若不能准确检测,则会导致电机启动电流过大、启动反转甚至无法启动等问题。在传统的永磁同步电机运动控制系统中,转子位置信息是通过机械式传感器来获得,然而机械式传感器在价格、工作环境和可靠性等方面存在一些制约因素,因此永磁同步电机无速度传感器控制系统中转子初始位置检测策略的研究具有较大的工程意义。
  本文主要针对面贴式永磁同步电机无速度传感器控制的转子初始位置检测问题展开相关研究。
  首先陈述了永磁同步电机及其相关控制的发展现况和其转子初始位置检测的工程价值,并阐述了永磁同步电机控制系统所需的基本理论知识,分析了永磁同步电机矢量控制及基于滑模观测器的无速度传感器控制。
  然后主要研究永磁同步电机无速度传感器控制的转子初始位置检测方法,对常用的预定位法、高频信号注入法和电压矢量注入法进行了研究,通过数学模型及相关理论推导其原理并分析其优劣点。重点对电压矢量注入检测面贴式永磁同步电机转子初始位置的方法展开深入研究。在分析了利用绕组电感饱和效应来检测面贴式永磁同步电机转子初始位置角有效性的基础上,提出电压矢量注入检测方法,并针对传统电压矢量注入检测方法准确性和可靠性低的问题,提出在处理第二波电压矢量时,利用反方向电感规律增加限制条件,且第二波电压矢量后,增大电压矢量的作用时间以增大电流峰值,从而增强转子增去磁效果和各矢量电流的差异性,共同作用以提高转子初始位置检测的精确可靠性。
  最后构建了以TI公司的TMS320F28335芯片为核心的实验平台,给出了本文提出的面贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法实验的数据和结果。利用预定位方法来佐证实验检测准确性,分析对比电压矢量注入法改进前后的检测结果。实验结果验证了本文分析设计的可行性和有效性,表明改进后的检测方法不仅能保证电机转子完全静止,而且大幅度增强了初始位置角检测的可靠性,检测精度从原有的7.5°提高到1.8°,具有较大的工程实用价值。

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