高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高速永磁同步電機(jī)（Permanent magnet synchronous motor, PMSM）具有功率密度大、工作效率高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此在高速電主軸系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。由于高速PMSM的定子繞組匝數(shù)少、電感值小，這將導(dǎo)致定子繞組電流中產(chǎn)生大量的諧波電流，進(jìn)而對(duì)高速PMSM的運(yùn)行效率和轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性產(chǎn)生很大影響，因此對(duì)高速PMSM定子電流諧波抑制方法的研究具有重要的實(shí)際意義。另外，用于高速、超高速PMSM轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的傳感器很

2、少，大多需采用無傳感器控制技術(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)子位置和速度進(jìn)行估算，而且高速PMSM的高速高頻特性對(duì)無傳感器控制技術(shù)提出了更高要求，因此開展高速PMSM無傳感器控制技術(shù)的研究具有一定的理論和應(yīng)用價(jià)值。本文將主要對(duì)高速PMSM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的定子電流諧波抑制和無傳感器控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。
　　首先，建立高速PMSM的數(shù)學(xué)模型，確立基于三相LC濾波電路的高速PMSM定子電流諧波抑制方案，通過合理地設(shè)計(jì)LC濾波電路的諧振頻率和諧振峰，可顯

3、著地減小定子電流中的高頻諧波。為了抑制定子電流中的低頻諧波，提出基于低頻電壓畸變補(bǔ)償?shù)腜WM方法，此方法通過設(shè)定PWM電壓和參考相電壓的基頻系數(shù)相等，以減小其低頻諧波畸變率，從而抑制由PWM控制所產(chǎn)生的低頻電流諧波。另外，對(duì)永磁磁鏈諧波對(duì)定子電流諧波的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果得出永磁磁鏈各次諧波與定子電流之間的關(guān)系，從而提出一種諧波電壓前饋補(bǔ)償措施用來抑制由其所產(chǎn)生的定子電流諧波。
　　其次，采用基于龍伯格（Luenberger）觀

4、測(cè)器的高速PMSM無傳感器控制方法，根據(jù)Luenberger觀測(cè)器的相量圖得出轉(zhuǎn)子速度和位置的估算表達(dá)式，通過后向差分和歸一化處理可判斷轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。此外，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)存在誤差時(shí)，對(duì)參數(shù)誤差的變化規(guī)律進(jìn)行分析，根據(jù)Luenberger觀測(cè)器相量圖可得到轉(zhuǎn)子速度和位置的估算結(jié)果和參數(shù)誤差之間的關(guān)系，并對(duì)估算誤差進(jìn)行補(bǔ)償以克服參數(shù)誤差對(duì)估算結(jié)果的影響。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于負(fù)載突變或加減速等暫態(tài)時(shí)，提出一種適用于電機(jī)暫態(tài)運(yùn)行的Luenberger觀測(cè)

5、器算法，最終推導(dǎo)出電機(jī)暫態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子速度和位置的估算表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)暫態(tài)運(yùn)行時(shí)的精確速度控制。
　　再次，采用二自由度控制方法對(duì)速度環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在不同負(fù)載擾動(dòng)和參考轉(zhuǎn)速條件下，通過選取合適的線性二次型性能指標(biāo)對(duì)二自由度控制系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，采用復(fù)積分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法對(duì)二自由度控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而同時(shí)獲得良好的負(fù)載擾動(dòng)抑制能力和參考轉(zhuǎn)速跟蹤能力，最后對(duì)此控制器參數(shù)的魯棒性進(jìn)行分析。
　　最后，搭建高速PMSM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平