《无传感器永磁同步电机转矩脉动最小化方法研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无传感器永磁同步电机转矩脉动最小化方法研究（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、法压斜技大学 论文题目： 无传感器永磁同步电机转矩脉动最小化方法研究 申请学位学科：工学 所学学科专业：控制理论与控制工程 培养单位：电气与信息工程学院 硕士生：乔伟 导师：郑恩让教授 2 0 11 年5 月 AT h e s i sS u b m i t t e dt o S h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y i nP a r t i a lF u l f i l l m e n to ft h eR e q u i r e m e n tf o rt h eD e g r e eo
2、f M a s t e ro f 娶壁g i 旦皇呈i 塾g B y Q i a oW e i T h e s i sS u p e r v i s o r ：P r o f e s s o r Z h e n gE n r a n g M a y ，2 0 1 1 无传感器永磁同步电机 转矩脉动最小化方法研究 摘要 永磁同步电机( P e r m a n e n t M a g n e tS y n c h r o n o u sM o t o r ，简称P M S M ) 具 有功率密度高、转动惯量小等优点，近年来在中小容量矢量调速控制系统 中得到了广泛的应用。为了实现系统的高性能和高精度
3、控制，通常要求系 统在稳定运行的前提下有快速的动态响应和良好的低速平稳性。对于 P M S M 来说，低速平稳性是评价系统性能的最重要的指标之一。影响 P M S M 低速平稳性的主要因素是电机在低速运行时产生的转矩脉动。 电机在低速时产生的转矩脉动，主要包括电机定子电流中包含谐波产 生的电磁谐波脉动和定子齿槽形状产生的齿槽脉动等。基于P M S M 的调速 控制系统的主要控制策略有矢量控$ 1 J ( V e c t o rC o n t r o l ，简称v c ) 和直接转矩 控S t J ( D i r e c tT o r q u eC o n t r o l ，简称D T C )
4、两种方法。文中对这两种方案进行 比较，相比之下，D T C 方法后来却并不居上，虽然这种方法更加简单和直 接，但是电机启动难，低速或零速运行性能差，因此本文选择了更为成熟 的V C 作为P M S M 调速系统的控制方案。通过大量学者的研究论证，发现 这些影响低速性能的脉动都是电机转子位置角速度的周期函数，因此本文 提出采用迭代学习控$ 1 J ( I t e r a t i v eL e a r n i n gC o n t r o l ，简称m C ) 算法这种专门 针对具有重复性运动的对象，根据给出的迭代学习律通过迭代来减少误差 从而抑制电机的转矩脉动。 P M S M 矢量控制是通过检
5、测电机转子位置和转速来控制定子电流或电 压的，在电机转子轴上安装位置传感器可以直接及时的得到转子位置角信 息，但是安装机械传感器会扩大系统体积，增加硬件成本，利用扩展卡尔 曼滤波( E x t e n d e dK a l m a nF i l t e r ，简称E K E ) 算法，通过测量电机在两相静止 坐标系下的电流，基于观测器理论，使用E K E 的迭代算法用已知状态量估 算出未知的转子位置角和转子转速。 在M A T L A B s i m u l i n k 软件下进行系统仿真，可以从仿真波形看出利用 提出的I L C 的迭代学习律可以很好的抑制电机在低速运行下的转矩脉动。 在分析
6、仿真波形的同时，给出迭代通道开关因子的选择和意义，分析和说 明了使用I L C 时必须使用低通滤波器( L o wp a s sF i l t e r ，简称L P F ) 进行滤 波。最后通过转矩脉动评价参数T R F 比较了在经典的双闭环P I 控制和提 同步电机低速运行时输出的转矩脉动的大小， 的转矩脉动大大减小。 矢量控制，迭代学习控制，扩展卡尔曼，无 I I S T U D Yo NT o R Q U ER I P P L E M I N I M I Z A T I o No FP M S MW I T H o U T S E N S o R S A B S T R A C T I
7、nr e c e n ty e a r s ，P e r m a n e n tM a g n e tS y n c h r o n o u sM o t o r ( P M S M ) h a sb e e n w i d e l yu s e di nt h es m a l la n dm e d i u m - s i z e dc a p a c i t yv e c t o rs p e e dr e g u l a t i n g c o n t r o ls y s t e m ，b e c a u s ei th a st h ea d v a n t a g e so fs
8、 m a l lr o t a t i o ni n e r t i a , h i g h p o w e rd e n s i t ya n dS Oo n I no r d e rt o a c h i e v ew e l lp e r l b r m a n c ea n dt n g n 一 - p r e c i s i o n ，t h es y s t e mu s u a l l yr e q u i r e sq u i c kd y n a m i cr e s p o n s ea n de x c e l l e n t s t e a l d i n e s sw
9、 h e nt h em o t o rw o r k so nl o w - s p e e d ，w h i l e ，t h em a i ni n f l u e n tf a c t o r s o ft h i se v a l u a t i o ni St h et o r q u er i p p l et h a tt h em o t o ro p e r a t e ss l o w l y T h ea f o r e m e n t i o n e dt o r q u er i p p l em a i n l yc o n t a i n sf l u xh a
10、 r m o n i c sp r o d u c e d b ys t a t o rc u r r e n ta n dc o g g i n gt o r q u eo na c c o u n t o fs h a p eo ft h es t a t o rs l o t T h e r e a r et w om a i nc o n t r o ls t r a t e g i e so fS p e e dC o n t r o ls y s t e mb a s e do nP M S M ，w h i c h a r eV e c t o rC o n t r o l (
11、V C ) a n dD i r e c tT o r q u eC o n t r o l ( D T C ) C o m p a r e st h et w o k i n d so fs c h e m e si nt h i sp a p e r , b yc o n t r a s t ，D T Cd o e sn o tc o m eb a c ks t r o n g t a k i n g I td o e s n tc o n t r o lc u r r e n td i r e c t l y , S Oi t st h ed i m c u l t t os t a r
12、 tt h em o t o r w h i l e ，i to c c u r sp o o rp e r f o r m a n c ew h e nt h em o t o r r u na tl o ws p e e do rz e r os p e e d T h e r e f o r e c h o s em o r em a t u r et e c h n o l o g yV Ca sC o n t r o ls c h e m eo fP M S M s p e e dc o n t r o ls y s t e m L o t so ft h er e s e a r
13、c h e sp r o v et h a tt h ea b o v ep u l s a t i o n sa r e p e r i o d i cf u n c t i o no ft h er o t o rp o s i t i o na n g l e W h i l et l l ea l g o r i t h mo f I t e r a t i v e L e a r n i n gC o n t r 0 1 a b b r e v i a t e sI L C ，t a r g e t s a tt h eo b je c tw h i c hh a u sr e p
14、e a t i n g m o t i o n u s e st h ei t e r a t i v er u l et oc u r bt h ep u l s a t i o n sb y r e d u c et h ee r r o r T h ev e c t o rc o n t r o lo fP M S I Mm a n a g e ss t a t o r c u r r e n to rv o l t a g eb y m e a s u r i n gr o t o rp o s i t i o na n g l ea n da n g u l a rv e l o c
15、 i t y , w h i c h t h ei n f o r m a t i o nc a n b eo b t a i n e db ys e n s o r sm o u n t e do nr o t o rs h a f t B u ti n t r o d u c e d s e n s o rw i l l e x p a n dt h es i z eo ft h es y s t e m ，i n c r e a s eh a r d w a r ec o s t s T or e a l i z es e n s o r - l e s s c o n t r o lu
16、 s ea l g o r i t h mo fE x t e n d e dK a l m a nF i l t e r , c a l l e dI L Cf o rs h o r t ，t h i sw a y b a s e do no b s e r v e rt h e o r y , e s t i m a t e st h eu n k n o w ns t a t e s ，r o t o ra n g l ea n da n g u l a r v e l o c i t yw i t hk n o w n s t a t e sb yE K F T h es y s t e ms i m u l a t e si nt h eM A T L A B s i m u l i n ks o f t w a r e n es i m u l a t i o n I I I w a v e t o r m sp r o v et h ep r o p o s e
