永磁同步电机无位置传感器控制及电流谐波抑制技术研究

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与传统的电励磁同步电机相比,永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行可靠、体积小、损耗小、效率高等诸多优点,广泛应用于民用、航天、军事等领域。本文以滚筒洗衣机用永磁同步电机驱动控制系统为研究对象,针对无位置传感器控制及其位置误差修正技术、电流谐波抑制技术进行研究,主要研究内容如下:适用于全速范围运行的PMSM无位置传感器控制策略研究。由于零低速下反电动势信号微弱难以检测,无法通过反电势估算获得转子位置准确信息,采用预定位结合I/F开环控制的启动方案。通过设定合理的定位偏差,改进预定位阶段定子电流幅值的选取方式,减小启动电流大小。同时,为保证控制系统从I/F开环控制顺利过渡到转速闭环控制,采取一种平滑切换控制策略,在切换时刻对PI型转速调节器和电流调节器的积分初值进行预先处理,实现了切换过程中电流和转矩平滑无冲击。无位置传感器控制算法中锁相环位置估算误差修正策略研究。针对锁相环II型系统在频率斜坡响应下位置稳态误差不为零,从而导致PMSM加减速过程中位置估算误差增大的问题,基于状态观测器理论构建了一种位置观测器用于转子位置估计,减小频率斜坡响应下位置稳态误差。同时,通过在观测器前向通道中引入电磁转矩二阶微分的前馈控制,提高位置观测器的抗负载扰动性能,并采用极点配置法设计了观测器反馈矩阵。PMSM定子电流谐波抑制方法研究。针对永磁同步电机驱动系统中定子电流谐波的问题,提出一种基于准降阶广义积分器(quasi reduced order generalized integrator,QROGI)的电流谐波抑制方法。将QROGI控制器引入电机控制电流环,利用QROGI控制器在设定频率处的高增益以抑制谐波电流。旋转坐标系下,谐波电流分量在交直轴上表征为交流量,通过在电流内环叠加QROGI控制器实现对谐波电流的控制。对叠加QROGI的电流环控制器进行了详细理论分析,对电流环控制器参数进行了设计,给出了详细的分析过程及控制器参数计算方法。最后,在上述控制策略的理论分析基础上,搭建了PMSM驱动控制系统的Matlab/Simulink仿真模型和半实物实验平台,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。
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