無傳感器永磁同步電機(jī)的位置辨識與控制研究

副題名

外文題名

學(xué)位授予單位

華中科技大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2011

關(guān)鍵詞

館藏號

館藏目錄

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《無軸承永磁同步電機(jī)及其非線性控制研究》是孫曉東編寫的博士論文，導(dǎo)師是朱熀秋。

副題名

外文題名

Bearingless permanent magnet synchronous motor and its nonlinear control

論文作者

孫曉東著

導(dǎo)師

朱熀秋指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

學(xué)位級別

工學(xué)博士

學(xué)位授予單位

江蘇大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2011

關(guān)鍵詞

永磁式電機(jī) 同步電機(jī) 非線性控制系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 有限元分析

館藏號

TM341

唯一標(biāo)識符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.005718773

館藏目錄

2012\TM341\5

2100433B

交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的無位置傳感器控制與混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)密切相關(guān)。不僅是因?yàn)闄C(jī)械位置傳感器難于集成且很難封裝在車輛的傳動(dòng)系內(nèi)，而且機(jī)械位置傳感器非常易碎，容易受到電磁干擾和信號失真的影響。所以應(yīng)盡量減少列位置傳感器的使用，或者采用恰當(dāng)?shù)能浖惴ㄒ詼?zhǔn)確跟蹤M/G的轉(zhuǎn)子位置，并以此來完全替代位置傳感器，這些都將是非常有益的。轉(zhuǎn)子位置傳感器的退化不僅是保持混合動(dòng)力M/G系統(tǒng)平滑控制的問題所在，而且位置信號的損毀會(huì)對電流和電壓控制器產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致電機(jī)勵(lì)磁不平衡，引起振動(dòng)和噪聲。傳感器的間歇性故障更是危險(xiǎn)，因?yàn)檐囕v在行駛過程中遇到坑洼或其他路面干擾時(shí)，這種影響可能會(huì)反復(fù)。

研究者已經(jīng)解決了多種類型電機(jī)的無傳感器問題。在說明如何取消位置傳感器之前，首先應(yīng)明確不同類型的電機(jī)需要采用不同類型的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置。同步電機(jī)(如永磁電機(jī))需要精確指出轉(zhuǎn)子磁體的位置，以保證電樞電流與轉(zhuǎn)子磁通正交。這需要采用絕對位置傳感器，在機(jī)械分辨率小于0．2度時(shí)可以求解軸角位置。電機(jī)的極數(shù)越多，對軸角位置的機(jī)械分辨率要求就越高。求解機(jī)械分辨率為0．176度的軸角位置需要采用11位編碼器或解碼器。另外一個(gè)復(fù)雜的情況是，求解軸角位置不僅需要11位字長的編碼器，而且當(dāng)M/G額定轉(zhuǎn)速達(dá)13000r/rain時(shí)，編碼器的比特率非常高。因此需要使用高帶寬解碼器，以確保有足夠的比特率能以快速的更新率向控制器提供更為準(zhǔn)確的軸角位置信息。

與永磁電機(jī)相比，可變磁阻電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)對位置檢測的要求更為嚴(yán)格。許多ISG的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)都使用VRM，這種設(shè)計(jì)。基于6/4凸極模式，兩次、三次或多次重復(fù)使用電機(jī)凸極。為得到這類凸極電機(jī)的定時(shí)信號，分辨率應(yīng)高于0．1度。這類位置傳感器更可能是實(shí)驗(yàn)室級的，(有時(shí)可能是精密儀器的質(zhì)量要求)而非車用環(huán)境所要求的堅(jiān)固耐用的傳感器。

Rajashekara等人全面總結(jié)了適用于五大主要類型電機(jī)的無位置傳感器技術(shù)。下表總結(jié)了交流電機(jī)常見的已研究的或正在研究的無傳感器方法。所有無位置傳感器技術(shù)都離不開對電機(jī)電流、電壓和環(huán)境溫度的精確測量。

異步電機(jī)無位置傳感器控制的一種常見形式是測量定子電流和電壓，然后使用這些測量數(shù)據(jù)以及電機(jī)的參數(shù)數(shù)據(jù)來計(jì)算轉(zhuǎn)差．從勵(lì)磁頻率中減去轉(zhuǎn)差頻率就可以得到轉(zhuǎn)子速度。這種方法是可行的，但遺憾的是它需要純凈的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓。但轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓容易含有直流偏量，會(huì)影響積分器的輸出?？梢允褂脿顟B(tài)觀測器來估算轉(zhuǎn)子磁通．

但這樣會(huì)受到定子電流和轉(zhuǎn)子磁通跟蹤誤差的干擾。Yoo和Ha副提出了一種使用主估算器和附加估算器來構(gòu)建電機(jī)轉(zhuǎn)速估算器的方法。一些研究者試圖減少定子電流微分對估算轉(zhuǎn)子磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，而這一技術(shù)正受到這些研究人員的追捧。特別是Khalil等人，通過估算交流電流及其衍生電流，就能計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)速。該方案使用滑?？刂破鱽頊y取感應(yīng)電機(jī)的電壓參考信號：以高增益觀測器來實(shí)現(xiàn)對定子q軸電流的微分。該技術(shù)的功能框圖如下圖1所示。

上圖所示的控制器不僅可以估算轉(zhuǎn)子速度，同時(shí)還能追蹤車輛高級別控制器發(fā)出的磁通和轉(zhuǎn)矩指令。轉(zhuǎn)換到同步參考坐標(biāo)系盼定子電流經(jīng)高增益觀測器進(jìn)行處理，這樣可以減小微分器的噪聲。