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在绿色生活的今天,兼顾健身与休闲的电动助力山地车越来越受到消费者青睐。本文以助力山地车为对象,运用场路联合分析方法主要研究永磁电机驱动系统的两个问题:(1)基于Hall位置信号的永磁电机复合驱动控制、(2)全速度范围位置传感器故障容错控制。本文首先利用有限元分析的方法对山地车用永磁电机几个关键参数及特性进行仿真计算。为了更深入地研究磁饱和效应、弱磁性能、铁芯损耗等非线性特性,提出一种基于降阶有限元模型的电机磁场建模方案,利用Simplorer将电机模型和Simulink控制算法联合起来进行仿真分析。其次,研究了基于Hall位置传感器的永磁电机方波/正弦波复合驱动,在需要较大转矩输出能力的低速区进行方波驱动,而在振动、噪声要求更高的高速区采用基于矢量控制方法的正弦波驱动。为此,讨论了基于Hall信号的转子位置估算与位置校准问题;为了提高模式切换过程的鲁棒性,对电流指令进行模糊增益补偿,以抑制系统模式切换过程中的转速波动。再次,为保证位置信号故障后的运行安全,研究了山地车永磁电机全速度范围位置信号故障容错问题。当部分Hall信号故障时,按非故障信号来估算转子位置,若Hall信号完全丢失,则切换到无位置控制。针对不同转速区间,在低速区采用高频电压注入法,高速区采用扩展反电动势法,在过渡区将两种方法得到的偏差信号经过归一化、加权处理得到转速及转子位置信息。重点讨论了永磁电机高频参数特性及不同注入条件对位置辨识以及磁极辨别的影响。最后,为验证所提出山地车电机控制算法的正确性,制作了电机样机;针对所需功能设计并制作了山地车控制器硬件;根据多模式复合驱动以及位置信号故障容错控制算法,进行相关驱动软件编写,构建了驱动系统实验平台,并在此平台上进行了全面深入的系统实验分析研究。实验表明,(1)所研究的永磁电机复合驱动系统在低速区进行方波驱动,转矩输出能力强,高速区进行正弦波驱动,噪声更低,模式切换过程平缓;(2)所提出的位置辨识算法能够准确的观测出山地车电机的转子位置,且联合仿真结果与实验结果基本吻合,验证了联合仿真方法的正确性和有效性。