论文总字数：21563字

摘 要

近年来，永磁同步电机被广泛应用于航空控制、工业生产、农用机械等多个领域。永磁同步电机因其在低速和零速时反电动势小，很难通过传统方式进行控制。因此，本文采用了脉振高频信号注入法对低速或零速时电机进行控制，以表贴式永磁同步电机为控制对象来展开研究。

论文介绍永磁同步电机（PMSM）及其控制技术的发展现状，建立了PMSM的数学模型。对比分析了PMSM的零直轴电流控制、最大转矩电流比控制和弱磁控制方法，并为PMSM电机的无速度传感器控制做准备。

研究了高频脉振信号注入法的基本原理，以零直轴电流控制策略为基础，基于高频信号注入的转子位置估计方法，对永磁同步电机的初始位置与低速运行下转子位置进行估计，给出了一种永磁同步电机的无速度传感器驱动控制实现方案。

最后，结合转子初始位置检测，在simulink平台搭建了基于高频脉振信号注入法的永磁同步电机无传感器控制模型。仿真结果表明，基于高频脉振注入法的无速度传感器PMSM控制系统的动静态控制性能良好。

关键词: PMSM，无速度传感器，高频信号注入法

Abstract

In recent years, permanent magnet synchronous motor (PMSM) have brought much benefit in aviation control, industrial production, agricultural machinery and other fields. Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is difficult to be controlled by traditional methods because of its small back electromotive force at low speed and zero speed. Therefore, the pulse vibration high frequency signal injection method is adopted to control the motor at low speed or zero speed, and the surface-mounted permanent magnet synchronous motor is taken as the control object to carry out research.

This paper introduces the development status of PMSM and its control technology. It establishes the mathematical model of PMSM. The zero direct axis current control, maximum torque current ratio control and flux weakening control methods of PMSM are elaborated in detail. The sensorless control method of PMSM motor is summarized.

The basic principle of high frequency pulse signal injection method is analyzed. Based on the zero direct axis current control strategy and the rotor position estimation method based on high frequency signal injection, the initial position of permanent magnet synchronous motor and the rotor position under low speed operation are estimated, and a speed sensorless drive control implementation scheme of permanent magnet synchronous motor is given.

Finally, combined with rotor initial position detection, a sensorless control model of permanent magnet synchronous motor based on high frequency pulse signal injection method is built on simulink platform. The simulation results show that the speed sensorless PMSM control system based on high frequency pulse injection has good dynamic and static control performance.

Key words: PMSM, speed sensorless, high frequency signal injection method

目录

摘 要 1

第一章 绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2 永磁同步电机概述 1

1.2.1永磁同步电机的发展简述 2

1.2.2 永磁同步电机的应用 2

1.3 永磁同步电机驱动控制技术概述 2

1.3.1 永磁同步电机驱动控制优势 2

1.3.2 永磁同步电机转速估计技术 3

1.4 课题研究的目标和内容 3

第二章 PMSM基本原理及数学模型 5

2.1 PMSM的基本结构及特点 5

2.1.1 PMSM的基本结构 5

2.1.2 PMSM的特点 6

2.2 PMSM工作原理简介 7

2.3 PMSM数学模型 7

2.3.1 坐标变换 9

2.3.2 PMSM模型 9

2.4 PMSM的矢量控制 11

2.4.1 零直轴电流控制 12

2.4.2 最大转矩电流比控制 13

2.4.3 弱磁控制 14

第三章 基于高频脉振注入法的PMSM控制 16

3.1 PMSM控制技术 16

3.2 脉振高频信号注入法原理及数学模型 17

3.3 PMSM转子位置的估计方法 20

3.4 PMSM位置检测 22

3.4.1转子初始位置收敛 22

3.4.2转子磁极极性判别与校正 24

3.4.3控制系统的起动 24

第四章 PMSM无速度传感器控制的仿真设计 25

4.1、MATLAB/SIMULINK工具简介 25

4.2、系统仿真模型 25

4.3、仿真实验与结果 26

第五章 总结与展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪 论

1.1课题背景

随着现代科技的迅速发展，人们对电气工程领域的要求也日渐增高。其中永磁同步电机驱动系统的转速控制便是其中的一个研究热点^[1]。现在，关于永磁同步电机的控制理论已大致成型，但总的来说仍不够完善，还处在上升发展阶段，在此领域中依旧有许多理论性问题需要解决。对交流电机转速进行控制以力求使其调速性能接近或达到直流电动机的水准是该项领域中学者为之努力的目标，它在现代电机控制技术理论中也具有极其重要的地位，而对于永磁同步电机转速控制器的设计及其优化则是目前迫切需要解决的问题^[2-3]。本文将探讨的方向是基于永磁同步电机驱动系统的无传感器控制。

1.2永磁同步电机概述

电机以电能种类区分为直流电机和交流电机。电机在发电系统中应用非常广泛，由于其作为输电源的重要地位，对电机的研究是十分重要而且有必要的^[4-6]。

在介绍永磁同步交流电机之前，了解直流电机调速的优良性能有助于更好的理解此项课题的研究意义。相比于交流电机，直流电机在速度调节方面更加优秀，它不仅调速范围广，响应速度快，而且有最大力矩大，受电磁干扰影响小等优点，但是其也存在一些不足之处，如制造成本高，结构复杂，维护不便，寿命短等^[7-9]。矢量变频技术也使得交流电机广泛应用于工业生产和日常生活当中。

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