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电动车用永磁同步电机低速无传感器矢量控制研究
| 论文题名： | 电动车用永磁同步电机低速无传感器矢量控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁同步电机;无位置传感器控制 |
| 摘要： | 在环境和能源的双重压力下，高效、环保和节能的新能源电动汽车得到了飞速发展。与此同时，电动车产业化发展过程中涌现出许多亟待解决的技术问题，驱动电机及其控制系统研发就是其中的一大关键。永磁同步电机因其功率密度大、效率高、转矩性能好等一系列优势，在现有的电动车驱动系统中成为首选电机，对电动车用永磁同步电机的控制技术也进而受到广泛关注。准确获取电机转速和转子位置是实现高质量矢量控制的关键。传统的闭环系统中采用机械式位置传感器，不仅增加了成本，而且降低了系统的可靠性，尤其在工况复杂、工作环境相对恶劣的电动汽车上尤为突出。因此，无位置传感器永磁同步电机矢量控制技术应运而生，并成为近年来研究的热点。 目前已有的无传感器控制方法在电机的中、高速段均可获得良好的控制性能，但在低速段的控制效果不甚理想。国外学者提出了脉振高频电压注入法，该方法能够在低速段有效检测出电机转子位置，但是转速反馈环节和观测器环节中的滤波器造成了系统相位滞后并限制了系统带宽，且注入的脉振高频信号也给系统带来了噪声问题。因此，本文针对基于辅助信号注入法的无位置传感器永磁同步电动机控制系统开展了深入研究，以期获得改善控制性能的方法。 首先探讨了永磁同步电机的结构特点和数学模型，总结归纳了永磁同步电动机的矢量控制算法和无位置传感器控制策略，并分析了电压空间矢量算法的工作机理。在此基础上，以插入式永磁同步电动机为研究对象，以其低速段运行性能为关注点，推导了传统脉振高频电压注入法下的电机数学模型，并详细分析了注入原理和提取含有位置信息的高频响应信号的过程，探讨了观测器的设计，最后采用id?0的控制策略，利用计算机工具对该控制算法进行了仿真建模和分析。 针对脉振高频电压注入法引入滤波器造成的系统带宽限制和动态性能减弱的问题，研究了基于方波高频电压注入的永磁同步电动机无位置传感器控制策略。提出一种新的基波信号和高频响应电流信号分离的方法，减少了控制系统中滤波器的使用；通过优化观测器环节上的参数设计，进一步提高了系统带宽和系统动态性能；经仿真分析验证了该方法的正确性。 在理论研究和仿真分析基础上，以TMS320F28335为主控芯片，搭建了基于方波高频电压信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制系统实验平台，分别对电机的空载加速、减速和负载工况进行了试验研究，验证了所提控制算法的可靠性和有效性。 |
| 作者： | 徐相帅 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 冯垚径;张越雷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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