永磁同步电动机无传感器集成技术及高效运行的研究

Several constraints, which the mechanical position sensor imposes on the motor operation,can be dealt with by using sensorless operation of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM),which is the current research focus. However,there exist several problems in the stable operation of the PMSM sensorless, which has restricted the scope of the applications of the PMSM sensorless.Therefore, this project is concerned with the integration bewteen the structure optimization of the PMSM and sensorless,and makes of use new control approaches to obtain motor operation with high performance.Specifically,the main content in this project is listed in the following.Firstly,due to easily controlling and dectecting the rotor position,the method of circuit-field will be used to design and optimize the structure of PMSM.Secondly,the detection theory of the rotor position and smooth switching with the velocity change from zero to maximum will be studied, which can result in severl new technologies to be proposed.Thirdly,due to the complexity of coupling bwteen mechanics and electrics for the sensorless PMSM,several advanced control approaches will be employed to cope with the internal parameter disturbation and external disturbance such that sensorless PMSM can stably and effectively operate.Finally,the experimental prototype of the sensorless PMSM will be developed and the effectiveness of the proposed approaches will be illustrated.To sum up,the classical control architecture of the PMSM sensorless will be broken through in this project.By using the approaches of the structure assembling and robust control, several basic theory problems will be solved and the corresponding key technologies will be obtained such that this project will pave a path for real applications of the PMSM sensorless.

永磁同步电动机无传感器运行能解决机械式位置传感器对电机运行的制约，是国内外研究的热点。然而永磁同步电机无传感器稳定、高性能运行一直是研究难点，限制了其推广应用。为此本项目将重点研究永磁同步电机结构优化与无传感器集成技术，运用新的控制方法实现高效运行。研究内容包括：从电机与控制集成角度，运用场-路结合方法设计永磁同步电机的优化结构，使转子位置易检测；研究零速至全速范围内转子位置检测理论及其平滑切换，解决永磁同步电机无传感器运行的关键技术；针对无传感器永磁同步电机机电耦合的复杂性，研究抗内部参数摄动、外部干扰等的先进控制方法，确保复杂条件下电机无传感器稳定、高效运行；研制实验平台，探索和验证永磁同步电机无传感器集成运行的关键问题。本项目将突破传统的电机控制框架，从结构集成化和鲁棒性控制入手，解决其控制和运行中的基础理论问题，获得相应的关键技术，为电机无传感器高性能运行的实用化、普及化奠定基础。

１、项目的背景.永磁同步电动机具有结构紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等优点。永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速运行，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。要实现紧凑型PMSM 结构，降低PMSM 成本使之实用化、普及化，必须解决位置传感器的使用问题，需要进行PMSM 无位置传感器运行控制策略的研究。.2、项目的研究的主要内容.（1）对电机本体进行分析，得到相关电磁关系，进行优化；.（2）对控制策略进行研究，应用一些新进的方法，使电机运行达到一定的精度与稳度，另外，针对参数的变化带来的影响进行补偿；.（3）对电机无传感器进行了探索，得到电机无传感器运行；.（4）在构建实验平台的基础上进行控制策略的验证。.3、项目研究所获得的重要研究结果.（1）电机的优化结构，便于提升控制精度及无传感器运行；.（2）无传感器方法，减少对传感器的依赖；.（3）参数辩识方法降低控制对参数的敏感度。.4、项目获得的关键数据.（1）设计了一款PMSM样机，并获得了其设计参数；.（2）掌握了速度控制器的设计方法和参数辩识方法；.（3）掌握了无传感器运行方法；.（4）掌握了实验平台测试数据的同步性.5、项目研究的科学意义.项目研究是PMSM无传感器运行的一个重要尝试，项目的研究结果表明所提出的设计方法是正确的和有效的。研究成果将促进相关研究者在PMSM无传感器控制方面的研究，同时也将吸引更多的研究者进行PMSM应用方面的研究。.（1）高效压缩机的驱动：在驱动过程中，对于永磁同步电机精度不是很高时，目前此市场量非常大，此控制算法已应用。.（2）电动汽车驱动：此控制算法可以应用于电机驱动，此应用前景巨大。.（3）机器人伺服：可应用高性能的机器人手臂运动，应用前景非常大。