永磁同步电动机无传感器矢量控制技术研究

永磁同步电动机具有功率密度高、运行效率高和无需励磁电流等优点，目前已经广泛应用于交流调速系统中，但高性能的伺服控制系统需要精确的转子位置和速度信息去实现转子位置定向。在传统的运动控制系统中，通常采用光电编码器等来检测转子的位置和速度。然而这些机械式传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性，限制了永磁同步电动机的应用范围。取消这些检测装置已经成为当今的研究热点。目前各国学者已经提出了多种转子位置自检测的方法，但大多存在对电机参数变化敏感、鲁棒性差、低速时检测精度低等问题，因此需要深入研究包括零速在内的全速度范围高精度的转子位置检测方法。本论文就此选题，主要做了如下研究工作： 一、在深入分析永磁同步电机电磁关系的基础上，建立了不同坐标系下的数学模型，分析了不同模型间相互转换的方法。介绍了永磁同步电机的矢量控制原理。介绍了常用的矢量控制方法，重点分析了本文用到的id=0控制方式的特点。 二、考虑到磁链位置估计法对电机参数的准确性要求较高，提出了基于自适应磁链观测器的转子位置检测方法。把永磁同步电机当作参考模型，用两相静止坐标系下的定子电流和定子磁链作为状态变量构造磁链观测器并视为可调模型；用可调模型和参考模型的电流误差构成自适应律。应用该方法建立了永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的仿真模型。仿真结果表明，该方法对电机参数变化不敏感，鲁棒性较强。 三、考虑到基于电机基波模型的位置检测方法在低速时检测误差大的问题，详细介绍了基于旋转高频电压信号注入的位置检测法的原理。建立了永磁同步电机在高频激励下的数学模型，用Simulink对该方法进行仿真。仿真结果表明，采用该方法的矢量控制系统具有良好的静、动态特性，鲁棒性强，在低速时可以有效地检测转子位置，能够满足一般矢量控制系统的需要。