永磁电机碳化硅驱动系统无传感器控制策略研究

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近年来,永磁同步电机凭借高效率、高功率密度的优势受到广泛关注。此外,随着碳化硅功率半导体器件的发展,其在电机驱动领域中的应用前景也越来越受到人们重视。然而其高开关频率和高功率密度的特性又对驱动器结构和控制芯片性能提出了更高的要求。从系统成本和可靠性角度考虑,机械传感器存在一定的弊端。因此,无传感器控制仍然是一个热门的研究课题。本课题搭建了基于碳化硅功率器件的永磁电机驱动器平台,并基于该平台对研究的无传感器控制策略进行实验验证。首先,研究一种基于随机高频方波电压注入的转子初始位置检测策略。该方法无需大幅值脉冲信号注入,转子磁极初始位置和初始极性信息均可以通过高频电流提取出来。在保证辨识精度的条件下,使整个初始位置辨识过程更加连续。减弱高频噪音的同时,有效地消除了震动和噪音。然后,针对零低速无传感器控制常用的高频信号注入法产生高频噪音干扰的问题,研究一种基于PWM载波成分信息的永磁电机零低速无传感器控制策略。该方法无需注入额外的电压或电流信号,只利用零矢量区间电流微分信息得到转子位置估计值,可以从根本上消除高频噪音。利用本课题搭建的双核驱动器平台Σ-Δ过采样技术配合最小二乘直线拟合的方法,可以更精确的获得电流及电流微分值,提高该无传感器算法的控制性能。其次,研究一种基于全阶滑模观测器的中高速无传感器控制策略。基于永磁电机扩展反电势模型,建立以定子电流、扩展反电势为状态变量的全阶滑模观测器,提高系统控制性能和鲁棒性。建立基于全阶滑模观测器的无传感器控制仿真模型,通过仿真实验对该控制策略进行验证。最后,搭建了基于碳化硅功率器件的永磁电机驱动器平台。并在该平台上对高频方波电压注入法、基于PWM载波成分信息无传感器控制算法和全阶滑模观测器法进行实验验证。实验结果证明了该双核驱动器平台搭建的正确性,且进一步证实了该平台可以快速准确的获取零矢量区间电流微分信息,提高转子位置估计精度,实现永磁电机全速域无位置传感器的稳定运行。
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