基于电流信号的PMSM转速估计方法研究

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转速是评价电机系统运行状态和控制性能的重要指标之一,因此转速测试对于降低电机设计和维修过程中的成本,监控电机系统安全运行以避免工业事故的发生,保障人身安全等具有重要的意义。在电机系统的转速测试中,当速度传感器不便安装时可以对电机的电流或振动信号进行频谱分析获得转速信息,但是这种方法在转速突变的工况下跟踪性能较差。因此研究一种简单通用、快速准确的转速测试方法具有一定的工程应用价值。本文提出了三种转速测试方法,并通过仿真和实验验证了所提方法的可行性和有效性。主要研究内容如下:研究了永磁同步电机脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)下的定子电压谐波特性,并借鉴无传感器控制中载波频率成分法的思路,提出了一种通用的转速测试方法。以工业中常用的空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)非对称规则采样策略为例,推导了与电机转子位置有关的解调电流,发现该解调成分的幅值与电感之差无关,故通用于永磁同步电机;同时所提方法不受限于电机控制方法且具备较宽的转速测试范围。针对dq坐标系下脉振高频注入法控制的电机,提出了一种转速测试方法。由于高频注入法中注入频率附近的电流调制成分与电机转速有关,且其幅值高于载波频率的,因此选择注入频率附近的调制成分来进行转速提取能够获得更为准确的估计结果;提出了一种转角优化求解方法,该方法提高了转角提取的抗噪声干扰能力;得到转角后通过卡尔曼滤波能够实时求取较为准确的转速估计值。所提方法相对于基于载波频率成分的转速测试方法,省去了复杂的PI调参过程。针对??坐标系下脉振高频注入法控制的电机,提出了一种转速测试方法。转速构造思路与dq坐标系下脉振高频注入法相同,但是该方法只适用于具有结构凸极的内嵌式永磁同步电机。对三种转速估计方法进行了相应的理论分析、仿真和实验验证。所提方法只需要简单采集永磁同步电机的三相电流就能获得实时准确的估计转速,对电机系统的转速测试研究具有重要意义。
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