永磁同步電機(jī)無E+E位置傳感器控制研究
在國防和航天領(lǐng)域,電機(jī)伺服系統(tǒng)的可靠性是至關(guān)重要的,在高空中和戰(zhàn)場(chǎng)上,系統(tǒng)常常需要應(yīng)對(duì)惡劣的工況,而可靠性的不足會(huì)帶來災(zāi)難性的后果。由于E+E位置傳感器往往是一個(gè)交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié),因此國內(nèi)外學(xué)者提出了無E+E位置傳感器控制的方法,以位置估算算法取代E+E位置傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

永磁同步電機(jī)無E+E位置傳感器控制研究
由于電力驅(qū)動(dòng)具有節(jié)能環(huán)保以及方便快捷的優(yōu)點(diǎn),各類電動(dòng)交通工具(包括電動(dòng)自行車、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)汽車、電力機(jī)車等)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機(jī)(BLDCM)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好以及維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn),成為電動(dòng)車領(lǐng)域的主流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都需要安裝E+E位置傳感器以提供換相信號(hào),但E+E位置傳感器會(huì)增加系統(tǒng)成本、尺寸和維護(hù)難度。在電動(dòng)車領(lǐng)域中采用無E+E位置傳感器控制技術(shù)不僅可以省去E+E位置傳感器的費(fèi)用,減小電機(jī)尺寸,節(jié)省空間,還可以簡(jiǎn)化電動(dòng)車系統(tǒng)復(fù)雜性,避免傳感器故障引起的換相錯(cuò)誤,并使裝配和維護(hù)更加方便。無刷直流電機(jī)無E+E位置傳感器控制在電動(dòng)車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 論文詳細(xì)介紹了無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理及數(shù)學(xué)模型,在對(duì)反電勢(shì)過零檢測(cè)法無E+E位置傳感器控制的原理研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了反電勢(shì)過零檢測(cè)電路,并設(shè)計(jì)了新穎的可調(diào)濾波深度電路來解決反電勢(shì)過零檢測(cè)中的相移補(bǔ)償問題。由于在零速或低速時(shí)電機(jī)反電勢(shì)為零或很小,基于反電勢(shì)的控制方法都需要特殊的起動(dòng)技術(shù),本文在分析常有起動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及電動(dòng)車起動(dòng)的特殊要求后,提出了一種新的基于電感法的起動(dòng)方法-轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)起動(dòng)法,該起動(dòng)方法包括轉(zhuǎn)子零初始位置檢測(cè)、轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)加速以及切換至反電勢(shì)法運(yùn)行三個(gè)步驟,有關(guān)無E+E位置傳感器控制的研究有兩個(gè)關(guān)鍵問題,其一是如何提高位置估算的精度和抗干擾能力,其二是如何實(shí)現(xiàn)全速度范圍的無傳感器控制,以這兩個(gè)問題為出發(fā)點(diǎn),本文進(jìn)行了以下研究:首先,針對(duì)無E+E位置傳感器控制的精度和抗干擾能力,本文提出了一種基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的閉環(huán)計(jì)算方法,該方法利用狀態(tài)觀測(cè)器估算電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的反電動(dòng)勢(shì),通過配置觀測(cè)器極點(diǎn),可以有效提高精度、抑制噪聲。其次,針對(duì)算法的速度范圍問題,本文使用了較為常用開環(huán)啟動(dòng)、高速閉環(huán)的策略。但速度開環(huán)控制雖然去除了E+E位置傳感器帶來的不可靠,也引入了新的不可靠因素。為提高啟動(dòng)階段的可靠性,本文提出了多種開環(huán)階段的狀態(tài)辨識(shí)方法,包括啟動(dòng)前的初速度計(jì)算、預(yù)定位階段的反轉(zhuǎn)限制以及低速運(yùn)行的失步檢測(cè)策略。再次,為進(jìn)一步提高算法的速度范圍,本文對(duì)高速運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化策略進(jìn)行了研究。

永磁同步電機(jī)無E+E位置傳感器控制研究
經(jīng)驗(yàn)證,該起動(dòng)方法具有更優(yōu)良的起動(dòng)性能,不同負(fù)載條件下都能平穩(wěn)起動(dòng),不易失步,無反轉(zhuǎn),特別適用于電動(dòng)車應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí),本文還針對(duì)電動(dòng)車應(yīng)用的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩優(yōu)化的策略,調(diào)速以及能量回饋制動(dòng)的控制方案。為緩解電壓飽和引起的力矩下降提出了平移電壓算法,為消除無傳感器算法引入的角度滯后,進(jìn)行了角度補(bǔ)償,保證了高速運(yùn)行階段的控制性能。zui后為了對(duì)以上算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文設(shè)計(jì)了一套無E+E位置傳感器控制器,編寫控制器軟件系統(tǒng).