基于電力電子系統(tǒng)集成概念的PMSM無傳感器控制研究.pdf

1、電力電子系統(tǒng)集成已經(jīng)逐漸成為電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。所謂電力電子系統(tǒng)集成包含兩個(gè)層次的含義：一個(gè)是模塊級(jí)的集成，即電力電子子系統(tǒng)的集成；另一個(gè)是系統(tǒng)級(jí)的集成，即電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的集成。電力電子集成傳動(dòng)系統(tǒng)作為一種電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的集成，不僅需要集成化的電力變換模塊，還需要能夠?qū)㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的估計(jì)、端電壓和電流的檢測(cè)、轉(zhuǎn)矩和磁鏈的觀測(cè)等三類傳感器的功能集成于一體化的集成傳感器模塊。在集成傳感器的構(gòu)想中，最難實(shí)現(xiàn)的是全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子位

2、置和速度的檢測(cè)。對(duì)此，本文從電力電子集成的嶄新視角，對(duì)無位置/速度傳感器控制技術(shù)和集成傳感器模塊進(jìn)行了從理論到實(shí)驗(yàn)的探索性研究，其主要工作及成果有： 一、詳細(xì)討論了三種高頻信號(hào)注入法—旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法、旋轉(zhuǎn)高頻電流信號(hào)注入法和脈振高頻電壓信號(hào)注入法的工作原理及其在永磁同步電機(jī)無位置傳感器運(yùn)行控制中的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行了全面的仿真研究和比較。研究表明，高頻電流信號(hào)注入法對(duì)電流調(diào)節(jié)器的要求比較高，而且系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較差，因此應(yīng)用

3、較少。脈振高頻電壓信號(hào)注入法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能較好，但不容易調(diào)試；而旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法雖然系統(tǒng)比較復(fù)雜，卻更易于實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)用最廣。高頻信號(hào)注入法對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感，具有較強(qiáng)的魯棒性，在低速甚至零速時(shí)也能獲得比較好的跟蹤精度，特別適合于低速區(qū)域。 二、對(duì)基于模型參考自適應(yīng)法的轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和仿真研究，并在此基礎(chǔ)上首次提出了一種基于旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法和模型參考自適應(yīng)法相結(jié)合的轉(zhuǎn)子位

4、置自檢測(cè)復(fù)合方法。該方法在低速時(shí)采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法確保低速時(shí)轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測(cè)精度，高速時(shí)采用模型參考自適應(yīng)法確保快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，確保了在包含零速在內(nèi)的全速度范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置/速度的準(zhǔn)確檢測(cè)和控制。 三、首次提出了電力電子集成傳感器的概念，詳細(xì)介紹了“概念性”傳感器模塊的硬件結(jié)構(gòu)、軟件功能和其在電力電子集成傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用方式。該模塊能夠通過檢測(cè)電機(jī)的電壓和電流，利用相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)獲得轉(zhuǎn)子的位置和速度、磁鏈和

5、轉(zhuǎn)矩，從而獲得了實(shí)現(xiàn)電機(jī)高性能控制所需的一切反饋量。傳感器模塊可配合集成化的電力變換模塊，方便、簡(jiǎn)潔和可拓展地構(gòu)成高性能的集成電力電子傳動(dòng)系統(tǒng)。 四、首次構(gòu)建了以“概念性”傳感器模塊為基礎(chǔ)的PMSM無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)了基于高頻信號(hào)注入法、基于模型參考自適應(yīng)法和基于復(fù)合方法的三種無傳感器矢量控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)復(fù)合方法結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，在全速范圍內(nèi)都具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。