基于改进相电流重构技术的永磁同步电机控制策略研究

Permanent-magnet Synchronous Motors (PMSMs) are widely used in industrial applications owing to their merits such as high efficiency, high precision and high reliability. To reduce cost and volume, as well as to increase reliability in hostile environment, technical trends move towards driving PMSM with phase current reconstruction methods. However, the traditional method is implemented with single dc-link current sensors, which can introduce dead zones and current harmonics. To solve these problems, this project proposes a novel phase current reconstruction method based on zero voltage vector sampling. Furthermore, the overmodulation control strategy and sensorless control strategy will be studied deeply. This project focuses on the researches of traditional phase current reconstruction method improvement and circuit topologies, zero vector sampling method, and single current sensor based overmodulation control strategy, sensorless control strategies based on double observers and backstepping model reference adaptive method. This project can enlarge the application of the phase current reconstruction method for PMSM drive, and it can provide a solution for low-cost and small-size PMSM drive system which has significant engineering and theoretical values.

永磁同步电机相比其他电机具有高可靠性，高功率密度，高控制精度等优点，在工业伺服系统中具有广泛的应用。采用相电流重构技术控制永磁同步电机电机可以有效降低驱动系统的体积和成本，且避免了电磁干扰对传感器附加引线的影响。但传统的相电流重构技术均采用单个直流母线电流传感器来实现，存在较大电流重构盲区，相电流畸变率大等问题。为解决上述问题，申请者提出基于零电压矢量采样的改进相电流重构技术，并对其过调制控制策略和无位置传感器控制策略展开深入研究。项目重点研究传统相电流重构技术改进方法及电路拓扑、基于零电压矢量采样的相电流重构技术、基于改进相电流重构技术的过调制控制策略和采用双观测器法及反步模型参考自适应法的无位置传感器控制策略。项目可以有效拓宽相电流重构技术在永磁同步电机驱动的应用范围，对实现轻量化永磁同步电机控制系统具有工程实用意义，同时具有重要的理论和学术价值。

永磁同步电机(PMSM)凭借结构简单、高可靠性、高功率密度、高效率等优势被广泛应用于科技、工业、民用等领域。传统PMSM驱动系统中多电流、位置传感器的使用会增加整个驱动器的体积、重量与成本，也增加了控制系统出现故障的风险，降低运行可靠性。近些年来，单电流传感器技术得到了广泛关注。然而，目前直流母线采样法本身固有的重构盲区问题会对电流控制品质产生不利影响；多支路采样法由于电路结构复杂、必须使用穿孔型霍尔传感器等缺陷，使用场合受到较大限制。本项目在综合考虑当前技术存在的不足之处的基础上，提出一种新型的相电流重构策略并针对其相关问题展开研究。.针对直流母线采样法本身固有的电流重构盲区问题，通过改变单电流传感器的安装位置，提出一种基于单支路采样的相电流重构策略。在详细分析每个电压矢量作用下单电流传感器采样值与相电流对应关系的基础上，对传统SVPWM控制策略进行修改，提出一种混合脉宽调制技术(Hybrid SVPWM, HSVPWM)作为辅助手段。针对单支路采样法在高/过调制区域的电流重构盲区，通过改变每个开关周期内插入测量矢量的位置，提出一种改进的矢量脉冲插入法。针对单支路采样法在不同扇区切换过程中存在的采样不准确、电流重构误差较大的问题，提出一种电流预测-局部更新解决方案。对单支路采样法本身固有的采样延迟误差展开研究，提出一种基于新坐标轴系的误差补偿策略。最后，针对基于单支路采样的PMSM无位置传感器控制策略展开研究。本项目所提出的方法均经过仿真和实验进行了验证。