同步磁阻电机无位置传感器控制策略的研究

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同步磁阻电机凭借结构简单、成本低、能效高和调速宽等优点,越来越多地被应用到工业生产、新能源汽车等领域。通常,同步磁阻电机高性能控制需获取精准的转子位置,但安装位置传感器不仅增加成本和占用空间,而且在某些恶劣工作环境下,传感器精度可能下降甚至失效,使系统可靠性降低。为解决该问题,本文对同步磁阻电机无位置传感器控制策略进行了研究,主要工作内容如下:首先,阐述了同步磁阻电机的物理结构及其工作原理,并推导出其在两相同步旋转坐标轴下的数学模型;通过对矢量控制和空间矢量脉宽调制技术分析,搭建同步磁阻电机矢量控制系统仿真模型,为后续研究奠定基础。其次,分析了矢量控制系统的电流动态耦合问题,通过仿真实验证明了工程常用的传统前馈解耦效果需要依赖准确的参数,而同步磁阻电机因其特殊结构电感参数呈非线性特性。针对这些问题,本文提出了带遗忘因子递推最小二乘法的改进前馈解耦控制策略,将电感在线辨识值代入到电压前馈解耦控制环节。仿真结果证明改进的控制策略提升了系统的动静态性能和对参数变化的鲁棒性。此外,针对不同性能要求的场合,分析了开环和闭环无位置传感器控制策略。其中,对闭环无位置传感器矢量控制进行了深入研究:低速区域下采用脉振高频电压注入法,设计了合理的转子位置信息提取方案并简化滤波环节,仿真验证了其在低速区域具有更好的性能;中高速区域下采用滑模观测器法,为了减小滑模系统的抖振和稳态误差,改用S型饱和函数代替符合函数,通过仿真对比实验验证了其有效性;在过渡速区域,设计了加权复合控制方法,保证上述两种控制算法能够平稳切换过渡;仿真结果表明,复合控制结合了两种方法的优势,使同步磁阻电机全速度范围无位置传感器矢量控制系统具有良好的运行性能。最后,搭建了同步磁阻电机控制系统实验平台,对系统软硬件进行设计。经调试,在该平台完成部分实验,验证了部分控制方法的有效性和系统软硬件设计的合理性。
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