永磁同步电机无传感器控制系统的研究

一般来说,在电动机调速控制系统中需要在转子轴上安装机械传感器,测量电动机的速度和位置。这些机械传感器经常是测速发电机或者编码器。机械传感器提供了电动机所需要的转子位置信号,但是存在诸多不足:(1)机械传感器增加了电动机转子轴上的转动惯量,加大了电动机的体积; (2)机械传感器受使用条件如温度和湿度以及振动的影响和限制,调速系统不能广泛应用; (3)机械传感器及其辅助电路增加了调速系统成本。为了克服机械传感器的不足和缺陷,无速度传感器交流调速系统的研制成为一种发展趋势。无机械速度传感器交流调速系统是指利用电动机绕组中有关的电信号,通过信息辨识技术得出转子的位置和速度,取代机械传感器实现电动机的控制。论文以永磁同步电动机作为研究对象,利用锁相环理论,推导出一种无位置速度传感器,具体工作包括以下几部分: 1、在研究国内外当前各种无位置速度传感器方法与理论的基础上,通过分析同步电动机数学模型的特点,确定了由锁相环的数学模型实现同步电动机转子信息实时检测的技术方案。该方案的立足点在于任一时刻电动机的电压和电流信号与电动机转子的位置有一一对应的相关信息,通过检测电动机的电流和电压信号,基于锁相环原理,将该信号辨识出来,以此确定转子的位置和速度。 2、在理论推导的基础上,利用MATLAB中的Simulink模块的仿真功能对研究结果进行了仿真研究。仿真过程采用的是电动机控制系统中经常使用的转速-电流双闭环控制,电流环采用滞环控制方式,速度环采用的是PI调节控制。通过锁相环模型推导出转子的位置作为闭环控制信号,根据闭环的动态以及稳态过程检测模型是否正确。仿真结果表明,该方法适用于永磁同步电动机实现转子信号检测,并且,仿真结果也提供了一些具体参数的优化范围。 理论分析和仿真结果均证明,利用锁相环模型推导的永磁同步电动机无位置速度传感器具有较强的可行性和现实性。本文最后给出了对未来工作的展望,并对全文的内容进行了总结。