高速永磁同步電機驅(qū)動控制關鍵技術(shù)研究.pdf

1、高速永磁同步電機（Permanent magnet synchronous motor, PMSM）具有功率密度大、工作效率高和響應速度快等優(yōu)點，因此在高速電主軸系統(tǒng)中得到了廣泛應用。由于高速PMSM的定子繞組匝數(shù)少、電感值小，這將導致定子繞組電流中產(chǎn)生大量的諧波電流，進而對高速PMSM的運行效率和轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性產(chǎn)生很大影響，因此對高速PMSM定子電流諧波抑制方法的研究具有重要的實際意義。另外，用于高速、超高速PMSM轉(zhuǎn)子位置檢測的傳感器很

2、少，大多需采用無傳感器控制技術(shù)對其轉(zhuǎn)子位置和速度進行估算，而且高速PMSM的高速高頻特性對無傳感器控制技術(shù)提出了更高要求，因此開展高速PMSM無傳感器控制技術(shù)的研究具有一定的理論和應用價值。本文將主要對高速PMSM驅(qū)動控制系統(tǒng)中的定子電流諧波抑制和無傳感器控制等關鍵技術(shù)進行深入研究。
　　首先，建立高速PMSM的數(shù)學模型，確立基于三相LC濾波電路的高速PMSM定子電流諧波抑制方案，通過合理地設計LC濾波電路的諧振頻率和諧振峰，可顯

3、著地減小定子電流中的高頻諧波。為了抑制定子電流中的低頻諧波，提出基于低頻電壓畸變補償?shù)腜WM方法，此方法通過設定PWM電壓和參考相電壓的基頻系數(shù)相等，以減小其低頻諧波畸變率，從而抑制由PWM控制所產(chǎn)生的低頻電流諧波。另外，對永磁磁鏈諧波對定子電流諧波的影響進行分析，分析結(jié)果得出永磁磁鏈各次諧波與定子電流之間的關系，從而提出一種諧波電壓前饋補償措施用來抑制由其所產(chǎn)生的定子電流諧波。
　　其次，采用基于龍伯格（Luenberger）觀

4、測器的高速PMSM無傳感器控制方法，根據(jù)Luenberger觀測器的相量圖得出轉(zhuǎn)子速度和位置的估算表達式，通過后向差分和歸一化處理可判斷轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。此外，當系統(tǒng)參數(shù)存在誤差時，對參數(shù)誤差的變化規(guī)律進行分析，根據(jù)Luenberger觀測器相量圖可得到轉(zhuǎn)子速度和位置的估算結(jié)果和參數(shù)誤差之間的關系，并對估算誤差進行補償以克服參數(shù)誤差對估算結(jié)果的影響。當電機運行于負載突變或加減速等暫態(tài)時，提出一種適用于電機暫態(tài)運行的Luenberger觀測

5、器算法，最終推導出電機暫態(tài)運行時轉(zhuǎn)子速度和位置的估算表達式，實現(xiàn)了電機暫態(tài)運行時的精確速度控制。
　　再次，采用二自由度控制方法對速度環(huán)進行設計，在不同負載擾動和參考轉(zhuǎn)速條件下，通過選取合適的線性二次型性能指標對二自由度控制系統(tǒng)進行評測，采用復積分數(shù)值計算方法對二自由度控制器參數(shù)進行設計，從而同時獲得良好的負載擾動抑制能力和參考轉(zhuǎn)速跟蹤能力，最后對此控制器參數(shù)的魯棒性進行分析。
　　最后，搭建高速PMSM驅(qū)動控制系統(tǒng)的實驗平