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车用内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究
| 论文题名： | 车用内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究 |
| 关键词： | 新能源汽车;永磁同步电机;无位置传感器;转子位置;信息获取 |
| 摘要： | 在疫情得到有效控制、全球经济复苏的背景下，新能源汽车销量获得爆发式增长，作为主流驱动的永磁同步电动机也获得更广泛应用。PMSM主要采用矢量控制技术，而矢量控制需要安装能实时获取电机转速和转子位置信息的传感器固件。位置传感器会占用安装空间增大电机尺寸，无法满足某些电机空间限制要求高的场合；同时车用电机工作环境复杂多变，传感器易受环境因素影响，存在故障失效风险，影响电机控制系统的稳定性。省略位置传感器并通过观测其他控制量如电流、电压等采用特殊控制算法获取位置信息的控制技术能够有效弥补传感器的不足，同时也可作为位置传感器故障时的保障性控制方法，确保控制的可靠性。因此无位置传感器控制技术在车用电机控制领域具有重要研究意义。 本文对无位置传感器控制技术在车用电机领域应用展开研究。首先建立PMSM在不同坐标系下的数学模型，推导介绍矢量控制及其坐标变换，分析空间矢量脉宽调制技术的控制原理并搭建仿真模型；接着对矢量控制中的id=0、最大转矩电流比和弱磁控制策略进行对比分析。在低速域研究脉振高频电压信号注入法(PHFSI)观测电机转速和转子位置信息，通过同步轴高通滤波器处理滤除同步坐标轴电流信号中的低频信号，保留包含转子位置信息的信号。经过滤波处理后输入锁相环实现解算观测，同时加入转子极性判定与位置角补偿，降低滤波器的相位滞后误差。仿真验证了低速域PHFSI法提取转子位置信息具有良好的效果。 同时在中高速域采用基于反电动势观测的滑模观测器和锁相环来提取转子位置信息，分析研究传统滑模观测器机理同时采用饱和函数作为滑模观测器的控制函数。引入模糊PID控制替换传统锁相环中的PI调节来对解算转子位置信息的锁相环进行优化，实现PID参数自适应提升控制精度。最后对比分析两种观测方法各自特点与适用范围，采用结合适用于低速域的PHFSI与高速域的SMO的复合控制方法，以实现PMSM全速域无位置传感器控制。基于滞环处理与加权处理的基本思想研究了一种结合滞环切换与加权系数控制的切换方法，以降低观测方法切换点的死区效应、提升观测估计精度与电机控制性能。并通过仿真验证无位置传感器控制方法获取转子位置信息的效果良好。 |
| 作者： | 兰鹏宇 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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