基于高频电压注入和滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

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永磁同步电机具有结构简单、可靠性高、效率高等特点,应用前景广泛。无位置传感器驱动系统能够减少系统成本、提升系统可靠性,适应更广应用场合,研究可靠性高、成本低廉、性能优越的永磁同步电机无位置传感器控制系统具有重要意义。  本文针对永磁同步电机无位置传感器控制全速度范围运行的问题,研究了高频电压注入法与滑模观测器法相结合的混合控制策略。  首先,对永磁同步电机低速高频模型进行推导,研究了脉振高频电压注入法的原理,采用脉振高频电压注入电机估计直轴的方法获取转子位置信息。针对脉振高频电压注入法无法判断转子磁极极性的问题,研究了一种基于磁链饱和效应的电压脉冲注入方法,进行了仿真验证。  其次,根据滑模变结构理论,在电机基频数学模型的基础上,设计了基于扩展反电动势的滑模观测器。针对使用低通滤波器产生的相位延迟,研究了角度补偿方法,进行了仿真验证。  最后,基于一台额定功率为1kW的内置式永磁同步电机,构建了无位置传感器控制系统实验平台,在该实验平台上对所提方法进行了实验研究,实验结果表明:高频电压注入法能够正确估计电机初始位置,并能使电机稳定运行于零低速区;滑模观测器法估算转子角度准确,可以使电机在中高速区稳定运行;混合控制策略实现了永磁同步电机无位置传感器全速度范围运行。
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