永磁同步电动机以其体积小、效率高、可靠性好以及对环境的适应性强等诸多优点,在各种高性能驱动系统中得到了广泛应用。永磁同步电动机的无传感器控制技术是当前电机控制技术领域的研究热点之一。无传感器控制技术不但能降低系统的成本,而且能够增加系统的可靠性。无传感器控制技术的研究在高速电机、微型电机、航空航天、水下机器人、家用电器等一些特殊场合具有重要的意义。本文采用高频信号注入法对永磁同步电动机的无位置传感器控制原理及其实现方法进行了研究,重点解决永磁同步电动机在低速和零速时的无位置传感器控制问题。
首先,在阅读了大量国内外相关文献资料的基础上,对永磁同步电动机无传感器控制技术的研究进展和发展现状进行了综述;阐述了无传感器控制技术的优势、在工业领域的应用及其发展趋势;分别对适用于零速和低速运行以及适用于高速运行的永磁同步电动机无传感器控制方法进行了归类和分析比较。
其次,在分析凸极永磁同步电动机数学模型的基础上,阐述了采用高频电压信号注入法进行转子磁极位置估计的原理。分别对单凸极和多凸极情况下的载波励磁情况进行了分析;考虑电机的饱和对转子位置估计的影响,建立了包含电机饱和影响的数学模型,以补偿饱和对转子磁极位置估计的影响;同时,对考虑饱和影响的最大转矩/电流控制进行了讨论,对包含饱和影响与不包含饱和影响的最大转矩/电流轨迹进行了比较。
然后,详尽论述了基于龙贝格观测器的转子凸极跟踪位置估算方法。提出了基于多重凸极跟踪的内埋式永磁同步电动机转子位置估算方法,对多重凸极进行了建模、测量与分析,并设计了多重凸极的解耦观测器,补偿多重凸极对电机转子位置估计的影响,以提高位置估计的精度。同时,为提高龙贝格观测器的性能,对龙贝格跟踪观测器进行了改进。首先是采用转矩指令作为龙贝格观测器的前馈输入,以获得转子位置的零相位滞后估计;同时在龙贝格位置观测器的控制器中引入一个附加的积分项来提高观测器的负载扰动抑制能力。由于高频信号注入法忽略了基波电流模型以及其它一些可能的误差源对位置估算精度的影响,本文还对影响位置估计精度的误差源进行了理论分析。
