基于新型广义积分观测器的永磁同步电机谐波抑制技术

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近年来,具有体积小、效率高等众多优点的永磁同步电机(PMSM)逐渐被应用于各行各业中。然而,受到逆变器非线性特性和空间磁链谐波的影响,电机驱动系统中产生了谐波分量。其中,电流谐波会引起电机的转矩脉动;反电动势谐波会导致无位置传感器控制系统中观测的转子位置出现误差。为了抑制驱动系统中的谐波分量,提高系统的控制精度。本文在传统二阶广义积分器的基础上,提出了两种新型广义积分器,并将其应用于PMSM驱动系统的谐波抑制策略研究。首先,在理想条件下,根据PMSM的等效结构图,推导出了理想的电压方程。进一步的,在非理想情况下,分别从逆变器非线性特性以及磁链谐波两个方面上分析并推导出了带有5次和7次谐波的PMSM电压方程。其次,针对有位置传感器控制系统中存在的电流谐波问题。传统方法是利用谐波补偿的策略来抑制电流谐波。但是在该策略的谐波观测过程中,观测器存在通带较宽,参数不易整定等问题,本文提出了一种用于电流谐波观测的三阶广义积分器。文中通过详细的理论推导,论证了新型积分器相较于传统二阶广义积分器具有窄带宽,高衰减,易调整的特性。仿真验证了基于该新型积分观测器的谐波补偿法比传统方式有着更高的谐波衰减率,有效地提高了电流谐波的观测精度,驱动系统中的电流波形明显正弦,转矩脉动也得到了削弱。然后,针对无位置传感器控制系统中存在的反电动势谐波问题。本文提出了一种用于反电动势谐波抑制的四阶广义积分器。该新型积分器结合能无差跟踪转子频率的锁频环,适用于转子频率精度较低的无位置传感器控制系统。理论分析证明,该新型积分器能高度抑制反电动势的谐波分量。实验表明,基于该积分器的改进滑模位置观测器能基本上滤除5次、7次反电动势谐波,反电动势波形更接近理想正弦,观测的转子位置精度明显提高。最后,在PMSM实验台上进行了综合实验和结果的对比分析。综合实验结果表明,基于新型广义积分观测器的永磁同步电机谐波抑制技术,有效降低了驱动系统中的谐波分量,提高了驱动系统的控制精度。
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