高速永磁电机无速度传感器控制设计研究

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在当今社会,人们对永磁同步电机的应用已经不局限于低速的情况了,高速永磁同步电机的转速每小时可达几十万到几百万转,大大的提高了运行效率。因此应用也更加普遍,例如鼓风机、燃气轮机、压缩机、飞轮储能等。高速永磁同步电机往往有许多优势,其中包括具有较高的运行速度,较低的转动惯量,较快的应答速度等。高速永磁同步电机的控制相当于对电机转矩进行控制,转矩控制的核心又是对定子电流进行控制。本文准备通过对q轴的电流进行控制,进而实现对转矩的实时控制,即矢量控制方法。但是矢量控制方法往往会面临两个问题。第一就是永磁同步电机转子dq轴的强耦合现象,因此需要进行前馈解耦。第二就是坐标变换过程中出现的磁场定向问题,因此需要知道转子的实时准确的位置信息。本文将提出电机在高速运行过程中出现的估算的转子位置滞后问题,并给出具体的解决方法,通过仿真及实验加以验证。本论文将简要介绍无速度传感器控制方法的意义及原理,提出无速度传感器控制方法的基本问题,介绍国内外的研究现状。根据PMSM矢量控制工作原理,经过反复实验得到电流环与速度环的整定参数。之后简单介绍了基于电流模型的无速度传感器控制策略。重点分析了永磁同步电机无速度传感器控制转子位置误差产生的原因,又根据永磁同步电机在高速运行过程中出现的转子位置或控制矢量滞后于电机转子位置实际值现象,介绍新的电流环控制校正方法。根据上述方法搭建仿真模型,通过MATLAB仿真对永磁同步电机在中速域及高速域情况下各参数进行分析,验证方法的可行性与有效性。最后,搭建了转子位置误差校正实验平台,包括硬件电路的搭建和软件程序的编写。分析了在实际应用过程中增加转子位置校正环节是否能够解决电机在高速运行过程中出现的失控现象,实验表明,所提出的方法能保证永磁同步电机在无速度传感器控制中高速平稳运行。通过对高速永磁电机无速度传感器控制策略研究,总结出以往无速度传感器控制策略的优缺点,结合实际仿真详细分析原理。提出无速度传感器控制方法出现转子位置滞后现象校正方法,为接下来无速度传感器控制方法研究指明方向。
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