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永磁同步电动机转子位置辨识.doc

永磁同步电动机转子位置辨识

风吹鸡蛋壳财去安尔乐啊
2017-09-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《永磁同步电动机转子位置辨识doc》,可适用于综合领域

永磁同步电动机转子位置辨识中国矿业大学本科生毕业设计姓名:陆朝阳学号:学院:应用技术学院专业:电气工程与自动化设计题目:永磁同步电动机转子位置辨识专题:指导教师:胡堃职称:讲师年月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院应用技术学院专业年级电气学生姓名陆朝阳任务下达日期:年月日毕业设计日期:年月日至年月日毕业设计题目:永磁同步电动机转子位置辨识毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求:掌握永磁同步电动机的工作原理,永磁同步电动机的转子位置辨识意义,分析比较各种转子位置辨识方法,设计转子位置辨识系统。院长签字:指导教师签字:中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握独立解决实际问题的能力研究内容的理论依据和技术方法取得的主要成果及创新点工作态度及工作量总体评价及建议成绩存在问题是否同意答辩等):成绩:指导教师签字:年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义基础理论及基本技能的掌握综合运用所学知识解决实际问题的能力工作量的大小取得的主要成果及创新点写作的规范程度总体评价及建议成绩存在问题是否同意答辩等):成绩:评阅教师签字:年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义基础理论及基本技能的掌握综合运用所学知识解决实际问题的能力工作量的大小取得的主要成果及创新点写作的规范程度总体评价及建议成绩存在问题是否同意答辩等):成绩:评阅教师签字:年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况回答问题有一有原提出问题正基本没有般性则性确正确回答错误错误答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字:年月日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人:年月日摘要永磁同步电动机(PermanentmagnetsynchronousMachine,PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率很高在工业领域得到越来越广泛的应用。只有知道了精确的转子位置信息才能实现永磁同步电动机转子磁场定向的运动控制。在传统的永磁同步电动机运动控制系统中通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置。然而这些传感器增加了系统的成本并且降低了系统的可靠性。因此无传感器检测永磁同步电动机转子位置已逐渐成为热点。本文阐述了永磁同步电动机的发展历程、永磁材料的发展以及它的结构、工作原理和特点等。介绍了永磁同步电动机转子位置检测的常用方法分两种:即直时估算所得转子初始位置角趋近于实际值而当k=…时估算值与实际值相差π。在其它提取转子位置信息的方法中所用的外差法及文献所提的锁相环检测方法等也都存在由于进行三角函数运算而使得估算结果存在多解的问题位置估算结果同样可能反向。所以在用高频注入法得到转子位置估算值后还须结合永磁体NS极极性判别来综合确定转子的准确初始位置θ。ri面贴式永磁同步电机定子电感饱和效应分析研究由式()我们可以看出利用传统的高频注入法检测时其负序电流分量包含转子的位置信息但是由于θ以π为周期变化因此我们无法从中得到永磁同步电ri机转子磁极的极性信息需要利用定子铁芯饱和作用来进一步获得转子极性信息。在节对面贴式永磁同步电机磁路饱和对电枢电感的影响做了简单分析从分析结论可知面贴式永磁同步电机在考虑磁路饱和时的数学模型中q轴电感大于d轴电感即其具有一定程度的饱和凸极性因此同样可以利用旋转高频注入法检测其转子初始位置。下面分析当定子绕组通有电流时绕组磁势对绕组电感变化的影响。两相旋转坐标系dq中d轴定子磁链和d轴定子电流关系如图所示。中国矿业大学届本科生毕业设计第页,线性d,f饱和id图d轴定子磁链和定子电流的关系由图我们可以看出在dq坐标系中定子d轴电流对定子铁芯饱和程度有一定影响当i产生磁通方向与转子磁通方向一致时会加剧定子铁芯饱和程度当di产生磁通方向与转子磁通方向相反时会减弱定子铁芯饱和程度。我们可以利用转d子磁通的饱和效应来检测转子初始位置。当在定子绕组上施加高频旋转电压信号时产生的旋转电流频率远高于电机基波频率由于转子各处阻抗不均匀旋转电流矢量的幅值将会被调制。当三相绕组合成电流矢量与转子d轴夹角为时绕组磁势起增磁作用d轴磁路更趋饱和电感值减小夹角为π时绕组磁势与转子磁势反向起去磁作用d轴磁路饱和度降低电感值增大夹角为π和夹角为π时绕组磁势单独作用在交轴上不会使交轴磁路进入饱和状态对交轴电感值影响不大。绕组合成磁势所在轴线上的电感值随绕组磁势与转子d轴夹角变化曲线如图所示。中国矿业大学届本科生毕业设计第页图面贴式永磁同步电动机电感变化曲线根据高频电流响应幅值判定N、S极由上节分析可知高频电流矢量在一个周期内掠过转子N极时电流幅值达到最ci大因此检测电流矢量幅值达到最大值时的相位即可得到转子N极的位置。此,,时电流矢量的轨迹就不是一个椭圆了而是一个蛋状图形如图所示。,()Adq,,rci,,图考虑电流对磁路饱和影响时定子电流矢量轨迹与图的椭圆不同之处在于原本位于d轴上的椭圆长轴两端长度变化了。d轴N极方向由于磁路进一步饱和电感进一步减小电流矢量幅值增大相反S极方向由于磁路饱和程度降低电感有所增大电流矢量幅值减小q轴磁路基本还处于不饱和状态因此q轴正反向电流矢量幅值均不变。中国矿业大学届本科生毕业设计第页通过以上分析可知检测电流矢量幅值达到最大时计算出电流此时的相位即可判断出转子永磁体N极的位置θ。将θ与节求得的转子凸极位置做差差值NN的绝对值若小于π表明转子初始位置估计值与转子实际位置相符若大于π表明初始位置估计值与转子实际位置反向将估计值加上或减去π得到正确的转子位置信息。图为完整的转子初始位置估算流程框图。,c,,i矢量合,,,,,N取绝N极位成取幅对值置估算值,cccciiiid"q",,,,d"q"abc凸极,,,,ri轴线rLPF位置dq""估算图转子初始位置估算流程第六章结论随着经济社会的发展具有高密度气隙磁通高功率密度的永磁电机得到了越来越广泛的应用而结合无传感器控制技术的永磁同步电机调速系统也成为了当今的研究热点尤其在一些不适合使用位置传感器的应用场合无传感器控制技术拥有广阔的发展空间。在无传感器控制技术中转子位置的检测是首要解决的关键问题。本文在参考大量国内外文献的基础上对永磁同步电动机转子位置检测的各种方法进行了简要阐述并重点对无传感器技术检测转子位置的问题进行了理论分析得到以下结论:定子电流会影响磁路的饱和特性。当定子通有旋转电流矢量时会对转子d轴的两端产生相反的影响:电流矢量掠过N极时起助磁作用磁路更趋饱和定子电感降低电流矢量掠过S极时起去磁作用磁路饱和度降低定子电感增大。这时向电机注入恒幅值旋转电压信号利用由电流响应产生的磁路不对称饱和特性可以从电流矢量幅值变化情况中提取转子永磁体的NS极极性信息。这样我们就可以准确得到转子的位置信息了。旋转高频电压注入法能够准确估算出转子凸极位置但由于需进行反三角函数运算使得估算结果存在多解。结合本文提出的永磁体NS极极性判定方法对转子位置估算结果进行校正有效解决了估算反向问题。本课题的研究对象为面贴式永磁同步电机对于具有结构凸极性的嵌入式及内中国矿业大学届本科生毕业设计第页置式永磁同步电机由于其具有更加明显的凸极性因此从理论上分析可知本文提出的方法同样可以完成其转子初始位置的有效检测。中国矿业大学届本科生毕业设计第页参考文献宋春昕式永磁同步电动机低速运行无传感器控制沈阳工业大学陈春光磁同步电动机转子磁场分析与计算哈尔滨理工大学张益男基于DSP的永磁同步电动机高性能控制江苏大学杨顺昌电机的矩阵分析M重庆,重庆大学出版社林辉、史富强永磁同步电动机控制策略综述任雷、崔芮华、王宗培等。永磁同步电机绕组电感的饱和效应J。电工技术学报ABKulkamiandMEhsaniANovelPositionSensorEliminationTechniquefortheInteriorPermanentMagnetSynchronousMotorDriveIEEETransactionsonIndustryApplicationsSOgasawaraandHAkagiAnApproachtoRealTimePositionEstimationatZeroandLowSpeedforaPMMotorBasedonSaliencyIEEETransactionsonIndustryApplicationsMJCoreleyandRDLorenzRotorPositionandVelocityEstimationforaSalientPolePermanentMagnetSynchronousMachineatStandstillandHighSpeedsIEEETransactionsonIndustryApplicationsMNaiduandBKBoseRotorPositionEstimationSchemeofaPermanentMagnetSynchronousMachineforHighPerformanceVariableSpeedthDriveProceedingsofIEEEIndustryApplicationsSocietyAnnualMeetingNMatsuiandMShigyoBrushlessDCMotorControlwithoutPositionandSpeedSensorIEEETransactionsonIndustryApplicationsTTakeshitaandNMatsuiSensorlessBrushlessDCMotorDriveswithndEMFConstantIdentifierProceedingsofIEEEInternationalConferenceonIndustrialElectronics,ControlandInstrumentationKimJoohnSheokandSulSeungKiNewApproachforHighPerformancePMSMDriveswithoutRotationalPositionSensorsIEEETransactionsonPowerElectronicsTFuruhashi,SSangwongwanichandSOkumaAPositionandVelocitySensorlessControlforBrushlessDCMotorsUsinganAdaptiveSlidingModeObserverIEEETransactionsonIndustrialElectronicsJHu,DMDawsonandKAndersonPositionControlofaBrushlessDCMotorwithoutVelocityMeasurementsIEEEProceedingsElectricPowerApplicationsSBolognani,ROboeandMZigliottoSensorlessFullDigitalPMSMDrivewithEKFEstimationofSpeedandRotorPositionIEEETransactionsonIndustrialElectronics中国矿业大学届本科生毕业设计第页缪学进、李永东、肖曦。高频信号注入无速度传感器永磁同步电机控制系统。电气传动周晓敏、王长松、齐昕。基于脉动高频信号注入的永磁同步电动机转子位置检测微电机()陈书锦、李华德、李擎等永磁同步电机起动过程控制电工技术学报沈朗基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究重庆大学中国矿业大学届本科生毕业设计第页翻译部分英文原文ADirectTorqueControlforaPMSMGMinoAguilar,AMichelleDomínguez,RMaya,RAlvarez,LCortez,GMuñoz,FGuerrero,SMaya,AMRodriguez,FPortillo,HAzucenaBeneméritaUniversidadAutónomadePuebla,MexicoAbstractForalongtime,permanentmagnetsynchronousmotors(PMSM)wereonlyappliedinsomeparticularfields,egforservodrivesHowever,inrecentyearsPMSMgainedincreasingimportanceinnoveldomainslikeautomotivehybriddrivetrainsForMexico,thisboomrepresentsavaluableopportunityforuniversitiesandresearchinstitutions,sothattogetherwithMexicanindustryoftheElectricVehicle(EV)formingpartnershipsthatresultinaninfrastructurethatwillenablethecountrytodevelopitsowntechnologyintermsofEVThispaperpresentsacompetentandnotcomplexdirecttorquecontroller(DTC)forPMSMdrivesIntroductionThestudyoftheelectricmachineandcontrolhasbeentoughenedbytwomajoruniversalproblems:pollution(water,ground,andtheatmosphere)andoverpopulationThislastonehascreatedinpartextremelyhighdemandsofpowerandpersonalmeansoftravel,andthishasinevitablyresultedinthefirstAnincreaseofelectricmotorsefficiency,whichconsumesmorethanhalftheelectricitygenerated,canresultinanimportantelectricalenergysavingsInrecentyearsthetrendhaschangedfromnotonlyimprovingthedesigncharacteristicsoftheelectricmachinebydevelopingbetterwaystocontrolthem,butalsousingdigitalsystems,powerelectronicsandadvancedtechniquesofcontrolInparticular,thethreephaseinductionmotors(IM)arecommonlyusedinindustry,becausenotonlydotheyhaveasimpledesign,butalsotheyarereliableandinexpensiveThepermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM)areincreasinginpopularityduetotheirhighefficiencyandpowerdensityManymotorapplicationsrequireaprecisecontrolofbothspeedandtorque,whichispossiblebyusingfrequencyconvertersbetweenthepowerlinesandthemotorAnotherwaytosaveelectricityisbyadjustingthemotorspeedNowadaysitcanbesaidthatthetrendofusevariablespeeddriveshasincreasedsignificantly,especiallywherethetorqueandspeedaretobevariedtocontrolthespeed,position,flowandtorqueAmongthevariousmethodsusedtocontrolmotors,thedirecttorquecontrol(DTC)techniquehasanimportantplaceThistechniqueinvolvestherespectivecontrolofthetorqueandfluxlinkagebyselectingapropervoltagevectorTheessentialideaofDTCistopickanappropriatevoltagevectorusingapredefined中国矿业大学届本科生毕业设计第页switchingtableThisisachievedbycalculatingtheinstantaneoustorqueandfluxfromthestatormachinevariablesThetorqueandfluxarecontrolleddirectlyandindependentlythroughtheselectionofoptimuminverterswitchingstatesandlimitingtheerrorsofthefluxandtorquebyhysteresiscontrollersDTC’soperationisillustratedinFigTheDTChasadvantagesforimplementingadriveroflowcostandhighperformance,becausetheonlyparameteroftheengineinvolvedisthestatorresistanceThewellknownDTCisimplementedinMatlabSimulinktoobservetheperformanceofthePMSMatdifferentspeedsandloadingconditionsBlockswereimplementedforthemodelssuchastheMSIP,theDTC,theparktransformationandtheinverterDirectTorqueControl(DTC)Directtorquecontrol,isavectorcontrolmethod,FigureDiagramofatypicalDTCPMSMdrivewhichincorporatesthecontrolvoltageconverterinsidethespeedcontrolalgorithmTheoptimalswitchingsequenceoftheinvertertransistors(VSI)isdirectlybasedonthestateoffluxandelectromagnetictorqueofthePMSMThenecessarycalculationsareperformedusingtheequationsfromthemodelofthePMSMaswellascurrentsandvoltagesinthestatorterminalsThegeneralDTCpremisesareTheestimatedinstantaneousfluxvectorshouldremainclosetoitsreferenceTheestimatedtorqueshouldremainclosetoitsreferenceThedynamicenginebehaviorcanbestudiedfromsuddenchangesthatmayoccurbothinthereferencespeedoftherotororfromthetorquereferencevalueTheseassumptionsinvolvefourmajortasksa)Determinetheappropriatevaluesofthereferencesb)Calculatetheactualvaluesofthefluxvectorandelectromagnetictorquec)Makeanappropriateinterpretationoftheerrorsbetweenestimatedvaluesandtheirreferencesd)Manipulatethestateoftheinvertertoreducethespeederror中国矿业大学届本科生毕业设计第页FigshowstheDTCforaPMSMblockdiagramOnecansee,thatonceonehastheestimatedandreferenceinstantaneousvaluesofelectromagnetictorqueandstatorflux,weproceedtocalculatetheerrorbetweenthemtheseerrorareusedasinputforthehysteresiscontrollersTheoutputlevelsachievedinthisstageofthecontrolareinputsignalstotheblockthatisresponsibleforfindingtherightvectortogetridoftheerrorrateThisprocedureismadeforeachsamplinginstantfordrivingthePMSMtothedesiredspeedvalueFluxandtorquereferenceThehysteresiscontrolleroutputisgeneratedaftertheestimatedfluxiscomparedwithitsreferenceHowever,thisreferencevalueisobtainedbasedontheelectromagnetictorquereferenceThestatorfluxmodulecanbeexpressedas,,,,()ssDsQwhereψisthestatorfluxvector,ψandψarethesDandsQaxesstatorfluxesssDsQgivenby,,,Li()sDdsDm,,Li()sQqsQLdandLqarethedirectandquadratureinductances,isDandisQarethesDandsQstatorcurrentsandψmisthefluxfromthepermanentmagnetsUsing()()themagnitudeofstatorfluxcanbeexpressedas,,LiLi(),,,sdsDmsQsQandconsideringthattheelectromagnetictorqueisgivenby()wherePisthenumberofpolepairstPiLLii,,,()emsQdqsDsQinwhich,themaximumtorqueperunitofcurrentisobtainedbyconsideringisD=,then()isastPi,,()emsQThusthecurrentproducedbythetorqueisitP,,()sQemSubstituting()in()thefunctionrequiredtoobtainthereferencefluxis,,,LiLtp,()srefdsDmqerefm,,ThereferencetorqueisgeneratedthroughthePIcontrollerforspeedEstimatedfluxUsingthepositionoftherotorandthestatorcurrents,thestatorfluxestimationisgivenbythefollowingequationwhereθristherotorangle,Lsandisareinductancematrixandcurrentvectorofthestator中国矿业大学届本科生毕业设计第页jrjr,,,,,,,,,,ejLie()sssDsDssmEstimatedtorqueUsingtheestimatedfluxesandthemeasuredstatorcurrentstransformedintothestationaryreferenceframetheelectromagnetictorquecanbecalculatedusingtPii,,,,esDsDsQsQ()EstimatedangleItispossibletoestimatethestatorfluxangleρsthroughitsstationaryreferenceframecomponentssotheangleiscalculatedusing,,,,,tan()ssQsDHysteresiscontrollersWhentheestimatedvalueofthevariableisfarfromitsreference,itwillbenecessarytouseasuitablevoltagevectortomodifyitsoitstayswithincertainlimitsaroundthereferenceHysteresiscontrollersaimtomaintainthetorqueandfluxerrorswithinupperandlowerlimitsallowed,sothatwhenevaluatingwithintheselimitsanoutputlevelisobtainedtoknowthestatusofthevariableSwitchingtableThemainobjectiveoftheswitchingtableisthegetthefastesttorqueresponseTheswitchingtablepresentedbyTakahashiandNoguchi(Table)takesintoaccountthesector(α(),α(),…,α())inwhichthestatorfluxvectorislocatedinstationaryreferenceframe(sD,sQ)andthedigitaloutputlevelsofthefluxandtorquehysteresiscontrollers(dψs,dTe)Figshowsthateachsectorcoveringelectricaldegreesbytheregionsα(),α(),…,α(),wherethesectorcoversfrom–upto,sectorfromtoandsoonuntilisreachedTheplaneisdefinedbytheaxessDandsQwheresDisatzerodegreesAsshowninFig,thedeterminationofthesectorismadewithrespecttotheangleρsatwhichthefluxvectorψsislocatedOncelocatedthesectorandhavingthestateofthesignalsdψs,dTewhichindicatewhetherthevariableshouldbeincreasedordecreased,thevoltagevectorappliedateachinstantistobedeterminateFigshowsasituationinwhichthefluxvectorψsisinthesectorα()atthelowerlimitofhysteresisbandIfafluxincrementisrequired,itisnecessarytoapplyavoltagevectortoincreasetheradiusofthiscircle,thevectorsthatachievethisgoalare,andψsdψsψs*<ψs–Δψs*>ψsΔψsTableFluxhysteresisControllersoutput中国矿业大学届本科生毕业设计第页TedTeTe<Te*–ΔTe==Te*>Te*ΔTeTableTorquehysteresiscontrolleroutputdψsdTeα()α()α()α()α()α()TableCommutationtablebyTakahashiandNoguchiFigureSectorsdistributiontolocatefluxpositionFigureExampleofpositioningthefluxvectorinsectorTovarythetorqueTeanactionisrequiredontheloadangle(δ),thatis,avectorwhich中国矿业大学届本科生毕业设计第页causesadisplacementonψsmustbechosenInthecaseofFig,vectorsandwillincreasethetorque,andwilldecreaseitAccordingly,theapplicationofdifferentvectorswillchangetheψsbehaviorindifferentways(sizeandposition)SimulationThedynamicmodelequationsofthePMSMandallproceduresinvolvedintheDTCcanbeimplementedthrusimulationThePMSMisdescribedusingSIMULINKblocksTheinitialpositionandtheloadareconsideredasinputstosystemandtheengine’smathematicalrelationshipsaredefinedthroughsubsystemsChangesbetweenreferenceframesareperformedthroughParktransformationsTocontrolthePMSM,ismadethrutheimplementationoftheDTCSomeoftheblocksincludetheestimatorsofflux,torqueandposition,theselectionofthesectorinwhichthestatorfluxvectorispositioned,hysteresiscontrollers,thePIcontrollerforthespeed,aswellasothersFigshowstheDTCimplementationFirstcurrentandrotoranglearesampledOncesampledanaxistransformationofthecurrentstakesplace,thosecurrentsareusedtocalculatethestatorfluxcomponentswhichtogetherwiththecurrentsareusedtoobtaintheestimatedflux,torqueandangleTheseestimationsoffluxandtorqueareenteredalongwiththeircorrespondingreferencesasinputsignalstotheblockscalledSubsystemandSubsystem,whicharethehysteresiscontrollersoftheDTCTheoutputsignalsofthesecontrollerstogetherwiththesectorselectionblockoutputgothroughtheswitchingtablewheretheoptimalvectorshallbeobtained,therebyachievingnecessarychangesinthemotorfluxandtorquetoreachthereferencespeedTofindthesectorinwhichthestatorfluxislocated,theblockcalled―LookUpTable‖isused,whichevaluatestheinputwithrespecttocertainkeypointspreviouslyestablishedThe―LookUpTable‖simplydeliverstheoutputdatathatindicatesthematchingsectorResultsFigshowstheactualmotorspeedcomparedwithitsreferencepreviouslysettoaconstantvalueofrpmFigashowsthefluxbehaviorandFigbillustratesthetorquebehavior,itcanbeseenhowbothremainclosetotheirreferencevaluesFigureSIMULINKblockdiagramoftheDTC中国矿业大学届本科生毕业设计第页FigureConstantreferencespeedatrpFigureComparisonofestimatedvaluesagainsttheirreferencesWithconstantreferencespeedandchangesinload,inFigcanbeseenthatwhenloadchangesthereisaminorrepercussioninspeedAtthemomentwhentheloadincreases,therotorspeedtendstodrop,thiscanclearlybeseenattheseconds,wheretheloadwasincreasedfromNmtoNm,thenthereisanoppositeeffectwhenloadgoesdown,thespeedincreasesforafewmomentstoreestablishitsreferenceFigshowstheestimatedtorqueasittriestofollowitsreferenceformedaroundtheloadInFigaavariablespeedisintroduced,themotorspeedfollowsitsreferenceandthereareonlyminorvariationswhenloadisincreasedordecreasedFigbillustratestheloadappliedtothemotorInFigccanbeseenhowtheelectromagnetictorquehastocompensatebothspeedandloadincreases,sothatforafewsecondsthereferencetorquehasmorenoticeablevariation,thiscanbeseenat,andsecwhenchangesinspeedareintroduced中国矿业大学届本科生毕业设计第页Figure(a)Constantreferencespeedatrpm,(b)loadvariationsFigureBehavioroftheelectromagnetictorque中国矿业大学届本科生毕业设计第页Figure(a)Variablereferencespeed,(b)loadvariations,(c)electromagnetictorquebehaviorConclusionsAlthoughseveraltechniquesofcontrolexist,themainobjectiveofthispaperwastheimplementationofDTCforaPMSM,whichisbasedonthecontrolofthemotor’storqueandfluxseparatelyBothtorqueandfluxestimatorswerebeenimplemented,statorfluxanglewasalsocalculatedFromdifferentreferencespeedshasbeenobtainednecessaryreferencevaluesforbothelectromagneticcomponentsInadditiontothis,also,throughtheblocksLookupTableandDirectLookuptable,werederivedboththeareainwhichthefluxvectorislocatedandtheoptimalswitchingvectorappliedtotheengineTheperformanceofthistechniquewastestedbysimulationsdriveninMatlabSimulinkThesimulationresultsshowdesirablebehaviorItcanbeseenthatthecontrolmeetsthedemandsofthesystemquickly,whatcanbetranslatedasafriendlyspeedcontrolItwasillustratedhowthestatorfluxandthemotortorquecanbeheldundercontrolthroughvoltagespacevectorsIthasbeendemonstratedthatbothinstantaneousstatorfluxvector,andelectromagnetictorqueproducedinaPMSM,canbeestimateddirectlyfromthecurrentsandvoltagessensedinterminalsofthemotor中国矿业大学届本科生毕业设计第页中文译文永磁同步电机的直接转矩控制摘要在过去很长一段时间永磁同步电机只应用在某些特殊领域如:伺服驱动器。然而,近年来永磁同步电机在新的领域里显得越来越多的重要如自动混合驱动机构。对于墨西哥这种发展在大学和研究体系是个有价值的时机使墨西哥的电动车产业有自己的先进技术促使整个国家的工业发展。本文介绍了一种功能强大而且简单的直接转矩控制器。论文简介电动机的研究和控制主要有两个常见的问题:污染(水、土壤和空气)和人口过多。后者在某种程度上造成对能源的极大需求不可避免地导致第一个问题的产生。电动机的使用消耗一半以上的电能其效率的提高是节省电力能源的重要方面。近年来不仅是通过控制电机来提高特性而且使用数字系统电力电子和更高级的控制技术。尤其是三相感应电动机通常用于工业领域因为它们不仅设计简单而且成本低性能可靠。永磁同步电机倍受欢迎的原因取决于他们的高效和功率密度。许多电动机转矩和转速的精确控制需要在输电线和电机之间安装变频器。另一种节省电力的方法是通过电动机调速。如今可以说使用变速传送装置更让人观注尤其是通过改变转矩和转速来控制速度转向电流和扭矩。在所使用的各种控制电机的方式之中直接转矩控制技术已经是重要的方法。这种技术包含通过选择适当电压矢量完成转矩和磁链各自的控制。直接转矩控制的基本思想是选择一个适当的电压矢量使用一个预定义的开关表。通过计算定子变量中瞬时的转矩和电流来完成。转换开关最佳状态的选择以及通过磁滞控制器对电流和转矩误差的限定直接控制了转矩和电流。直接转矩控制的方法如图所示。直接转矩控制的优点可以执行低成本和高性能的驱动程序因为发电机的参数仅包含定子的阻抗值。众所周知直接转矩控制可以用MATLAB仿真永磁同步电动机在不同转速和负荷条件下执行。正如执行MSIP模型直接控制转矩磁头转换和逆变。直接转矩控制(DTC)中国矿业大学届本科生毕业设计第页图典型永磁同步电机直接转矩控制图直接转矩控制是一种矢量控制方法这种方法包含控制电压转化器内的速度控制算法。变速指示器的最佳转换顺序是基于永磁同步电动机的定子电流和电磁转矩。从永磁同步电动机的模型列出的方程式并计算出定子两端的电流和电压一般的直接转矩控制前提是估计瞬时电流矢量应接近它的参数。估计转矩应保持接近它的参数动态引擎可以从同时出现转速参考值或转矩的参考值突变上研究。这些假设包含四项主要工作:a)确定适合的参考值。b)计算电流矢量和电磁转矩实际值。c)对估计值和参考值之间的误差给予适当的解释。d)操纵反相器的状态以减少速度误差。图描述了永磁同步电动机直接转矩控制框图。一方面可以看出定子电流和电磁转矩的瞬时值与估计值我们进而可以计算出它们之间的误差。这些误差量被用来做磁滞控制器的输入。输出级在输入信号块这个控制阶段去掉误差率。这个过程有利于每一个驱动永磁同步电动机采样瞬间理想转速值。电流和转矩参数磁滞控制器输出产生在电流估计值与它的参考值相比之后。然而这个参考值包含基于电磁转矩参考值定子磁通模块表达式为:,,,,()ssDsQ其中ψs是定子磁通矢量ψsD和ψsQaresD轴和sQ轴,,,Li()sDdsDm,,Li()sQqsQLd和Lq是电感的正弦isD和isQ是定子电流ψm是永磁铁的磁通。中国矿业大学届本科生毕业设计第页用()()定子磁通量可以表示为:,,LiLi,()sdsDmsQsQ,,电磁转矩由()给出其中P是极对数。tPiLLii,,,()emsQdqsDsQ加上条件isD=()可以写成:tPi,,()emsQ因此转矩为:itP,,()sQem用式()代替式()得磁通参考值为:,,,LiLtp,()srefdsDmqerefm,,参考转矩通过PI调节器产生。估算磁通利用转子位置和定子中的电流定子电流近似值由方程式给出其中θr是转角Ls和is是感应系数矩阵和定子电流矢量。jrjr,,,,,,,,,,ejLie()sssDsDssm近似转矩利用近似磁通和测量定子电流转变成静态参考系电磁转矩可以用式计算。tPii,,,,()esDsDsQsQ近似角度值通过定子磁通量的静态参数估计它的磁通角度ρs所以这个角度可以用下式计算,,,,,tan()ssQsD、磁滞控制器当近似值与参考值差别很大时将需要用一个适当的电压矢量去修改它所以它要保持在参考值的某一范围内。磁滞控制器的目的就是使转矩和磁通的误差保持在上下允许误差的范围之内因此评估输出级要先获取变量的状态。、转换表转换表的主要目的是获得快速转矩响应。转换表最早是由Takahashi和Noguchi(表)二人用于计算定子磁通矢量位于静态参数轴(sD,sQ)和转矩控制器(dψs,dTe)的数字输出控制级扇区(α(),α(),„,α())。图描述了α(),α(),„,α()将每个扇区分为个电角度扇区从–到中国矿业大学届本科生毕业设计第页,扇区从到依次类推直到。该平面按sD轴sQ轴定义sD定为度。剩余角度ρs磁通矢量ψs的位置如图所示。一旦发生信号dψs的状态资料表明,变量应该增加或减少电压向量在每一个瞬间被确定。磁通矢量ψs的情况为磁滞簇的最低限制中扇区α()。如果需要增加磁通必须运用电压矢量增加圆的半径这些向量为,和。表磁滞通量控制器输出表磁滞转矩控制器输出表由TakahashiandNoguchi做的换流表中国矿业大学届本科生毕业设计第页图磁通位置的扇区分配图在扇区中磁通矢量位置的示例改变扭矩Te需要负载角(δ)也就是说取代ψs的矢量必须要找出来。在图中矢量和会增加扭矩和将减小扭矩。因此不同矢量的应用将改变ψs的不同方面(大小和方向)。、仿真永磁同步电动机的动态模型方程式和所有涉及直接转矩控制的程序可以通过仿真执行。永磁同步电动机可以用仿真模型描述。初始位置和负载被视为输入系统和引擎的数学中国矿业大学届本科生毕业设计第页关系通过子系统的定义。参考坐标系之间的变化通过磁场的转变。控制永磁同步电动机,是由直接转矩控制的实现。一些模块包括估计的流量、扭矩和位置的选择滞环控制器和PI控制器可以控制速度以及其他参数。图说明了直接转矩控制的实现。初始电流和转角随机采样。单次不同位置电流的采样那些电流用于计算定子磁组是哪一种连同电流被用来获取的估计流量、扭矩和角度。这些估计磁链和转矩的输入相应的参考连同他们作为输入信号传送到街区称为子系统和子系统、滞环控制的直接转矩控制。这些控制器输出信号的一起工作去通过交换块产量上应得到最优矢量变化,从而达到必要的电机磁链和转矩及参考的速度。这个行业中发现的定子磁块,被称为“查表”,它是评价输入信号方面的关键。简单的“查表”的数据表明传递输出的匹配。试验结果图显示实际电机速度比它的参考以前设置为定值的转速rpm图(a)图描述磁通量的变化图(b)描述了转矩的状态从图中可以看出这两个方面是怎么保持与它们的参考值相近。图直接转矩控制仿真方块图中国矿业大学届本科生毕业设计第页图rpm恒定转速图参考值与估算值的对照图可以看出随着负载的变化会出现一个微波的冲击响应。此时当负荷增加转子转速下降可以清楚地看到在秒处负载从nm增加到nm,然后随着负载的减少有着相反的效果速度快速上升到原始的参考值。图说明了转矩估计值跟随它加载负荷参考值变化。在图(a)中介绍速度的变化当负载增加或减少电动机的速度只有微小的变化。图(b)阐述了电动机负载。图(c)中可以看出这个电磁转矩和转速来弥补各自具有负荷的增加所以这几秒钟参考扭矩有较明显的变化这个现象可以在,和秒处看出速度的改变。图(a)恒定rpm的速度(b)负载变化中国矿业大学届本科生毕业设计第页图改变负载使电磁转矩发生变化图中国矿业大学届本科生毕业设计第页图(a)速度参数变化(b)负载变化(c)电磁转矩状态结论尽管已经存在一些控制技术本文主要目的是实现永磁同步电动机的直接转矩控制基于电动机的扭矩和各自磁通的控制。转矩和流量两者都是估计值,也要计算定子磁通角。从不同的速度,已获得必要参考价值的电磁部件。除此之外通过这个查表和直接查表推导了两者的位于流量矢量和最理想的切换向量用于发动机。这项技术的执行可以通过MATLAB仿真测试。仿真可以达到预期的结果。可以看出,灵活地转化为控制速度符合控制系统的要求。这说明了如何在定子磁链和扭矩可通过控制下的电压空间矢量已经证明,瞬时定子磁通向量和电磁转矩在永磁同步电动机中产生可以直接从电动机终端测到电流和电压。中国矿业大学届本科生毕业设计第页致谢本论文是在指导老师讲师的精心指导下完成的。值此论文完成之际我要深深地感谢胡堃老师。从论文的选题、方案拟定、定稿自始至终都得到了胡堃老师的精心指导和热情帮助。老师渊博的学识、严谨求实的治学作风、扎实勤勉的工作态度和诲人不倦的高尚品德时刻激励着我使我终生受益。同时感谢我各门功课的任课老师这三年来他们孜孜不倦地教给我各种各样的知识让我在大学的知识海洋里畅游至今。还有这三年来在生活上和学习上给与我各种帮助的同学们他们是我一生的朋友~特别感谢含辛茹苦抚养我长大、一直关心和帮助我的父母和家人你们殷切的期望和无微不至的关怀鼓舞我不断前进我的每一步成长、每一点进步也属于你们~在此表达我深深的谢意~最后衷心感谢所有参加论文评阅和答辩工作的老师们
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永磁同步电动机转子位置辨识

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