IPMSM電機的無位置FOC控制方法論文詳細說明

　　無傳感器內(nèi)嵌式永磁同步電動機（IPMSM）系統(tǒng)具有低成本、高可靠性等優(yōu)點，在家用電器、高速電機、航空航天等領域得到了廣泛的應用。但是由于無傳感技術在實現(xiàn)方法上的限制，很難保證 IPMSM 在寬調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。因此，研究適用于寬調(diào)速范圍的 IPMSM 轉(zhuǎn)子磁極位置檢測技術，并提高位置預估精度，對 IPMSM 無傳感技術的發(fā)展具有重要的理論意義和實用價值。論文以 IPMSM 為研究對象，對電機初始位置檢測、低速以及高速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測技術、不同轉(zhuǎn)子磁極位置檢測技術的復合檢測方法等問題進行了深入地分析與研究。論文首先在深入分析了傳統(tǒng) IPMSM 數(shù)學模型的基礎上，建立了含有交叉耦合的 IPMSM 數(shù)學模型。采用有限元的方法分析交直軸增量自感和互感隨交直軸電流和轉(zhuǎn)子位置變化的關系，確定了電感參數(shù)的變化范圍。并根據(jù)電感變化規(guī)律給出了 IPMSM 在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域最大轉(zhuǎn)矩/電流控制下的定子電流軌跡以及弱磁區(qū)域的轉(zhuǎn)速范圍。其次，對采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法預估轉(zhuǎn)子位置的原理加以分析。建立考慮 IPMSM 磁場交叉耦合的高頻電流響應數(shù)學模型，通過對定子電流信號解調(diào)，提取高頻負序電流分量，并采用鎖相環(huán)（PLL）的方法預估轉(zhuǎn)子位置和速度。根據(jù) d 軸磁鏈的飽和特性，通過構(gòu)建磁鏈飽和模型來判斷磁極極性。分析磁場交叉耦合以及定子電流信號解調(diào)過程對位置預估的影響，并對預估角度偏差加以補償。再次，在靜止坐標系下建立基于線性磁鏈的 IPMSM 狀態(tài)方程，并以此為基礎建立擴展狀態(tài)滑模觀測器來預估轉(zhuǎn)子位置。結(jié)合高階滑模和非奇異終端滑模的優(yōu)點，提出二階非奇異終端滑?？刂频姆椒ㄌ岣呤諗克俣纫种苹６墩?，并利用李亞普諾夫（Lyapunov）定理證明了觀測器的穩(wěn)定性，得出滑模增益矩陣的自適應率。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和弱磁區(qū)域定量分析定子電阻偏差、交軸電感偏差以及預估角速度偏差對觀測器預估磁鏈幅值和相位的影響，通過對預估磁鏈采用 PLL 的方法獲得轉(zhuǎn)子位置和速度。然后，將旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法和擴展狀態(tài)滑模觀測器法相結(jié)合，在寬調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)復合方法檢測磁極位置。在低速范圍內(nèi)采用旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法檢測磁極位置，在高速范圍內(nèi)采用擴展狀態(tài)滑模觀測器法檢測磁極位置，從而保證 IPMSM 能夠在從靜止到弱磁區(qū)域內(nèi)都平穩(wěn)運行。最后，設計了無傳感器 IPMSM 全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)的實驗平臺。完成了實驗平臺的硬件電路研制以及算法編程工作。給出了采用旋轉(zhuǎn)電壓注入法、擴展狀態(tài)滑模觀測器法以及寬調(diào)速范圍復合方法的 IPMSM 磁極位置檢測實驗結(jié)果及分析，實驗結(jié)果驗證了本文提出算法的正確性和可行性。