3.5.2 电流环PI调节器的参数的整定 24

3.5.3 永磁同步电机矢量控制仿真模型的搭建 26

3.5.4 仿真结果分析 27

第4章 基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制 29

4.1 引言 29

4.2 高频电压信号的选择 29

4.3 永磁同步电机在高频信号下的数学模型 30

4.4 旋转高频电压信号注入下的永磁同步电机无传感器控制 32

4.4.1 旋转高频电压信号注入下的位置估计 32

4.4.2 仿真建模与结果分析 36

第5章 总结 40

致谢 41

参考文献 42

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

随着经济的快速发展，大量的能源消耗和利用越来越受到相关部门的重视，节能减排、高效率的利用能源已成为电力传输领域的发展目标。同时电机控制理论的发展，电力电子集成技术和高性能微处理器，交流变频调速系统在不断地替代直流调速系统。

一方面异步电动机由于其结构简单、控制方法容易实现、使用寿命长、成本低等优点，在工业运动控制中得到越来越多的应用。另一方面因为异步电机的能量密度低，运行效率不是很高，控制算法又比较复杂，电机转速也会因为受到负载变化而产生影响。在全社会都追求高效、高性能的社会主义新时代中，异步电动机的发展和应用却因为自身的特性而受到限制。

与异步电机相比较而言，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）具有体积小、质量轻、损耗小、高能量密度比、效率高、运行可靠等特点，以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点[1]。同时近年来，随着材料科学技术的不断发展，永磁材料性能的不断提高，相应的永磁电机控制技术的也在不断地成熟发展，永磁同步电动机已经广泛应用于各种高性能驱动系统中，涉及民用、军事、航天等领域[2]。

为了能够使永磁同步电动机实现高性能的控制，一般采用矢量控制方法，所以在控制过程中还需要知道实际的转速信号和转子的位置信号，因此在实际的工程操作应用中，转子位置角一般是通过光编码器、旋转编码器、和旋转变压器等机械传感器来获取，但是在实际的操作应用中这些传感器常常存在以下一些问题[3]：

(1) 对于一些功率容量比较小、成本比较低的系统设备，安装这些机械传感器和其他的外加的控制电路，会使安装设备的费用明显提高，后期的维修成本也会大大增加，从经济性的角度来考虑，不利于一些中小企业的长远发展。

(2) 因为这些机械位置传感器是与电机相接触的，这样不仅会增大了电机的阻尼和转动惯量，还会让电机的所占的空间体积增加。同时安装机械位置传感器也是有一定的技术难度，稍微操作不当就会影响整个测量精度。另外还要增加控制系统和电机电机之间的的接口电路和线路，用来检测转子位置角，这些多加的电路和线路也会影响整个控制系统的可靠性。

(3) 在一些例如高温、低温、潮湿等极端的、恶劣工作环境下，此时机械位置传感器和连接线路之间的工作状态会受到一些无法预测的干扰，导致这些机械位置传感器无法正常的运转，影响传感器的测量精度，无法检测转子位置和转速的信号，所以这种控制方式不能普遍地应用在这种极端、恶劣的工作环境中。

在永磁同步电机的控制系统理论中，要实现控制就必需掌握转子的位置信息和转速信息，所以对转子位置的检测是必不可少的[4]。那么我们要如何避免机械位置传感器带来以上一些问题，永磁同步电机的无传感器控制技术就是在这样的背景下，通过对永磁同步电机的电压、电流信号进行检测和处理，最终得到估计的转子位置信息和转速信息，从而有效地克服了因机械位置传感器自身的特性和工作环境等因素而对永磁同步电机控制系统带来的各种设计缺陷。本文也是在这样的一个背景之下，基于自身的学习能水平有限和学校的实验室现实环境情况下，对永磁同步电机做一个在高频激励下的无速度传感器的仿真研究。