论文总字数：22052字

摘 要

永磁同步电机的结构简单、体积小、效率密度高和可控性强，广泛应用于工农业生产和民生产品中。由于在转子上安装机械式传感器存在安装困难、精度差和系统成本昂贵等诸多缺陷，采用无速度传感器控制技术实现对永磁同步电机转速以及转子位置的辨识将减少永磁同步电机闭环控制系统的体积和成本，提高系统的抗干扰能力，并且在一些恶劣的工业环境中，无速度传感器控制技术具有无可比拟的优越性。本文以永磁同步电机为研究对象，采用模型参考自适应以及矢量控制为核心控制算法，研究永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。

论文首先简述了永磁同步电机无速度传感器矢量控制的研究背景以及意义，分类阐述了交流传动系统的控制方法和永磁同步电机的无速度传感器技术；其次分析了永磁同步电机的数学模型和坐标变换理论，通过永磁同步电机矢量控制框图建立模型进行仿真；最后利用无速度传感器替代机械传感器，采用并联的模型参考自适应系统机构，将参考模型与可调模型的电流量进行比较得出差值，从而得到转速估计，根据永磁同步电机的无速度传感器矢量控制框图搭建仿真模型，与有速度矢量控制进行比较分析。

关键词：PMSM 矢量控制 MATLAB/SIMULINK MRAS 无速度传感器

Speed Sensorless Vector Control of Permanent Magnet Synchronous Motor

ABSTRACT

This paper is a permanent magnet synchronous motor (PMSM), this motor has a relatively simple structure, small size, high efficiency, so PMSM in various fields have been widely used. Vector control can also be called Field Oriented Control, is a high-performance AC motor control method, relative to the AC drive control system has some advantages of other control methods, this paper studies the permanent magnet synchronous motor vector control. As the speed sensor has been a high cost, the installation of cumbersome and lack of precision and other shortcomings, so now the focus of research at home and abroad are gradually to the speed sensorless technology shift. How to choose the appropriate speed sensorless technology is to achieve permanent magnet synchronous motor speed sensorless vector control of the top priority. In this paper, the speed control technology based on the model reference adaptive control is adopted, and the simulation is carried out by MATLAB and compared with the velocity vector control to analyze and verify the feasibility of the control method.

Key Words: PMSM;FOC; Matlab/Simulink;MARS; Speed sensorless

目 录

摘 要 1

ABSTRACT 1

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 交流传动系统的控制技术 2

1.3 PMSM的无速度传感器技术 2

1.4 本文主要研究内容及章节安排 4

第二章 PMSM的矢量控制 5

2.1 PMSM的转子结构 5

2.2 坐标变换理论 6

2.2.1 静止ABC坐标系到静止α—β坐标系 7

2.2.2 静止α—β坐标系到旋转d—q坐标系 8

2.2.3 静止ABC坐标系到旋转d—q坐标系 9

2.3 数学模型 9

2.4 矢量控制基本原理（SVPWM） 10

2.5 PMSM矢量控制的仿真实现 13

2.6 本章小结 18

第三章 PMSM的无速度传感器设计 19

3.1 模型参考自适应的基本原理 19

3.1.1 波波夫超稳定性理论 20

3.2 PMSM的MRAS的速度辨识设计 21

3.3 基于MRAS的无速度传感器矢量控制仿真分析 21

3.3.1 仿真结果分析 23

3.4 本章小结 28

第四章 总结与展望 29

参考文献 31

致 谢 34

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

当今社会，现代生产技术快速发展，直流调速渐渐远去，进入了交流调速的时期。电动机广泛应用于各行各业，它不仅是工业设备中风机、水泵、机床、传送带以及吊车等的驱动装置，同时也应用在我们生活中常见的洗衣机、风扇、汽车以及搅拌机等民生用品上。而且在各种不同的场合，随处可见电机被使用。当前所有电机的总用电量在全国总用电量中占比已超过50%。目前我国电机的平均效率水平比国外发达国家低 3%—5%左右，整套电机控制系统（电机与拖动设备）的运行效率相对于国外大概低 10%—20%。而根据工业和信息化部的估算，如果电机的能效能够在目前的基础上提高1%，那么我国每年可大约节约用电260亿千瓦时^[1]。

PMSM 属于交流同步电机的一种，它与电励磁交流同步电机相比，PMSM 采用永磁体转子，因而不再需要额外的转子励磁电流产生转子磁链。PMSM的主要突出优势是电机结构简单、整体体积相对较小，由于不使用转子绕组使得电机重量相对较轻、损耗小而且效率高。与直流电机相比，PMSM 的主要优势在于PMSM没有机械换向器和电刷，没有因为机械换向器而带来的机械磨损、电机运行时机械换向器火花以及电磁干扰，更不需要定期检查维护或者更换电刷，而且损耗比较小；PMSM与异步电机相比，尽管这两种都属于交流电机，但是PMSM由于没有无功励磁电流，所以PMSM的功率因数相对比较大，而且PMSM的定子电流相对较小，其定子电阻的损耗也比较低，在运行时不存在转子电阻损耗。PMSM的转子参数可以被测、定转子间的气隙大，对比异步电机来说，更加易于控制。

近现代以来，电力电子器件中的晶闸管等附属产品得到了大幅度的推广使用，最早的交流电机无极调速因此得以实现。随后电力电子器件迎来更为迅速的推进，当前出现的智能功率模块（IPM）更是集功率输出与逻辑、保护、检测、自诊断为一体。因而对于PMSM传动系统的探索不仅有助于节约能量，更能加强PMSM的控制性能增大其使用广度。

1.2 交流传动系统的控制技术

20世纪80年代中后期，美国、日本、德国和英国都相继推出了控制交流电机的变频器。变频器逐渐被开发使用，为传动控制系统迅速推进奠定了基础。使用变频器的传动控制系统相对而言有着很多的好处，可以很高效的利用能量、降低不必要的电力损耗，而且极大的提升了传动系统的整体性能。这些年来微电子技术以及电力电子技术都取得了长足的进步，变频调速方法也取得了很大的进步 ^[2]。

请支付后下载全文，论文总字数：22052字