六相永磁同步电机无位置传感控制方法研究

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六相永磁同步电机在功率密度、运行可靠性、工况适应性、稳态精度等方面具有优越的性能,能够很好地适应高功率、高可靠性的交流驱动控制系统的需求。在船舶舰艇的动力推进系统、轻轨和电动汽车的驱动系统等领域有着非常广阔的应用前景。电机的无位置传感控制具有成本低,电磁兼容要求低,系统安装空间小等优势,能够有效增强调速系统对极端环境的适应性。因此,研究六相永磁同步电机的无位置传感控制方法可以拓展六相电机的容错性和应用范围。本文以相移30°六相永磁同步电机为研究对象,对六相永磁同步电机系统中的无位置传感控制算法展开研究。首先,为解决传统滑模观测器固有的高频抖振问题和降低负载对转速估计误差的影响,设计一种基于旋转坐标系的超螺旋滑模观测器。通过电流误差动态方程构造李雅普诺夫函数进行系统的稳定性分析,并推导出一种新的转速估计表达式。对于无位置传感控制系统中的观测时延和采样时延导致的相位滞后问题,通过d轴电流环输出进行相位补偿,降低观测器中角度的估计误差。对所提出的超螺旋滑模观测器和相位补偿的方法进行仿真验证,分别对稳定工况下和暂态工况下的仿真结果进行分析,验证所提出方法的有效性和可行性。其次,针对无位置传感器的六相永磁同步电机系统受负载扰动时速度跟随性差的问题,提出一种基于模型参考自适应控制的转速闭环控制方法,用于基于超螺旋滑模观测器的六相永磁同步电机无位置控制系统中。在设计参考模型时,将六相永磁同步电机的转速和加速度设为状态变量,考虑电流环对于控制系统影响,将参考模型设计为二阶系统。采用波波夫超稳定性理论对模型参考自适应控制的自适应率进行设计,将电机转速和转速加速度的跟踪误差作为输入,对模型参考自适应控制策略的参数进行动态调节,从而提高电机在加载和速度变化工况下的动态响应能力。通过仿真验证模型参考自适应控制策略对六相永磁同步电机调速系统的响应速度、超调量等性能的控制效果。最后,对六相永磁同步电机调速系统进行了实验平台搭建,并详尽的分析了软件实现过程,针对提出的控制算法进行了实验验证,以检验本文提出无位置传感控制算法的有效性和数字可实现。
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