永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统的研究

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永磁同步电动机(PMSM)具有高转矩惯性比、高功率因数、高效率、体积小和运行可靠等优点,在电动汽车、航空设备、数控机床、家用空调等众多场合得到越来越广泛的应用。在高性能永磁同步电机调速系统中,检测转子速度和位置的信号是必须的,传统方法是在电机转子轴上安装速度传感器,这样增加了系统的复杂度,还较易受环境干扰。近年来发展起来的无速度传感器控制技术利用检测电机定子电压、电流及些易测量的量来确定电机转子位置和速度,为解决传统方法中的问题提供了良好的途径。随着数字信号处理,控制理论和计算机控制技术的发展,目前,国内外很多高校和科研院所都投入大量精力致力于无速度传感器交流调速系统方面的研究。本文在此背景下展开对永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统的研究。首先,本文介绍了永磁同步电机的发展历程和变频调速系统无速度传感器的研究现状、矢量控制理论以及永磁同步电机的数学模型,并重点介绍了基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制策略,在Matlab/Simulink仿真平台下创建了永磁同步电机矢量控制系统仿真模型,并设计电压前馈型电流补偿的PI控制器来代替传统电流控制器,通过对带速度传感器的矢量控制系统进行了仿真分析。接着,详细介绍了基于模型参考自适应理论(MRAS)的永磁同步电机的速度辨识理论,并利用Popov超稳定性理论设计其自适应律,在Matlab/Simulink仿真平台下设计基于MRAS的速度辨识模型,仿真分析加入速度辨识的永磁同步电机矢量控制系统在不同工况条件下和定子电阻变化下的速度辨识特性及电机运行性能,结果表明,该算法具有较好的速度跟随性,动态响应快,稳态性能好,但受电机参数的扰动较大,并存在一定的稳定误差。最后,基于永磁同步电机矢量控制系统的基础上,利用TMS320F2812做为主控制单元设计了控制电路,并针对永磁同步电机矢量控制系统进行了软件设计,通过实验获得了满意的结果,验证该系统的正确性,证明此控制策略的可行性,并对本文的研究工作做了总结。
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