摘要
永磁同步电机具有运行可靠、功率密度高、效率高等优点，被广泛应用于各工业领域和家用场合。内置式永磁同步电机转子结构特殊，交、直轴电感不同带来额外的磁阻转矩，可采用MTPA控制策略对其加以利用进而提升效率。内置式永磁同步电机的结构凸极性为高频信号注入无位置传感器控制技术的实施提供了便利，可避免传统位置传感器带来的不良影响，提高驱动系统经济性和可靠性。本文对基于MTPA的内置式永磁同步电机无位置传感器控制技术进行研究，以提高电机驱动系统的效率和可靠性。 首先，给出了永磁同步电机在不同坐标系下数学模型。介绍了id=0控制策略和MTPA控制策略。在阐述MTPA工作原理的基础上给出了两种实现方案，包括直接公式计算法和高频方波电压注入法，通过仿真测试了控制方案的性能。 其次，通过磁场分析阐述了高频信号注入观测转子位置的思路。介绍了正弦和方波脉振高频信号注入无位置控制方案的原理并进行仿真验证。受逆变器非线性影响，相电流多次过零时高频信号发生畸变，且由于高频电流变化较快，很难进行补偿，影响了位置观测性能。为此，通过仿真验证了高频电压在d轴注入时的多个过零点问题。从时域相位和空间位置两个角度分析了多个过零点问题的原因，并给出了解决思路。 然后，分析了高频电压注入角度和高频电流矢量角之间的关系，在特殊角度注入脉振高频电压使响应电流发生相移，从而抑制多个过零点现象。给出两种脉振电压特殊角度注入下的信号处理方案以获得位置误差信息。仿真验证了特殊角度注入方案的可行性。之后阐述了转子极性辨识原理，建立具有磁饱和特性的电机仿真模型，介绍短脉冲电压注入法以及二次谐波电流检测法来识别转子极性，并进行了仿真验证。 最后，在2.2kW工业用内置式永磁同步电机实验平台上对控制方案进行了实验验证。结果表明给出的最大转矩电流比控制方案能有效降低电流幅值，提高控制系统效率。实验证明传统方案中的相电流过零点处会发生高频电流畸变。对两种脉振电压特殊角度注入无位置控制方案进行实验测试，结果证明方案能显著减少相电流过零点，提高位置观测精度，且有良好的动态响应速度和鲁棒性。对初始位置辨识方案进行实验，结果证明短脉冲电压注入法可辨识转子极性。
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