基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究(硕士论文)

基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

中图分类号：TM341 论文编号：1028703 09-0150 学科分类号：080804

硕士学位论文

基于DSP的永磁同步电机无传感器

控制系统的研究

研究生姓名 学科、专业 研究方向 指导教师 张敏 电力电子与电力传动 现代调速技术 陈志辉 副教授

南京航空航天大学

研究生院 自动化学院

二○○九年一月

基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

The Graduate School

College of Automation Engineering

Research on the DSP Based Sensorless

PMSM Control System

A Thesis in

Electrical Engineering

by

Zhang min

Advised by

Associate Professor. Chen Zhihui

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

January, 2009

基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

承诺书

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)

作者签名： 日 期：

基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

南京航空航天大学硕士学位论文

摘 要

随着永磁同步电机在各个领域得到广泛的应用，对永磁同步电机控制系统的控制性能也有了越来越高的要求，既希望控制系统能有较高的控制精度与稳态性能，又希望系统成本能尽量低廉，而影响这些的一个关键因素就是位置/速度传感器。由于机械式传感器增加了系统的成本、降低了系统的可靠性，而且其应用受到诸如温度、湿度和震动等条件的限制，因此无传感器技术成为近年来的研究热点。

本论文在分析比较各种无传感器估计算法的基础上，选择了将扩展卡尔曼滤波算法应用于永磁同步电机无传感器调速系统的控制方案。对永磁同步电机的矢量控制理论和卡尔曼滤波原理进行了详细的分析；在静止αβ0坐标系中应用扩展卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转子位置和速度进行在线估计；通过仿真总结了矩阵参数的选择准则，证明了该方法具有良好的转角跟踪特性和速度控制性能，并且系统具有较好的鲁棒性；针对扩展卡尔曼滤波估计器运算量大的问题，设计了降阶扩展卡尔曼滤波器，仿真证明该方法在减少计算量的同时，仍然保持了良好的转子位置跟踪性能。

最后介绍了本设计所用的软、硬件平台。硬件方面包括以MC56F8346数字信号处理器为核心的控制电路和主电路的设计；软件在Metrowerks Codewarrior集成开发环境下采用C语言编写，给出了系统主程序流程图。进行了系统调试，利用开发环境附带的PC Master得到了实验波形，验证了降阶扩展卡尔曼滤波器的有效性。

关键词：永磁同步电机，无传感器技术，矢量控制，扩展卡尔曼滤波，数字信号处理器

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基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

基于DSP的永磁同步电机无传感器矢量控制系统的研究

ABSTRACT

With permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in many areas, high performance of PMSM drive system is becoming a requirement. PMSM drive system is hoped to be not only with high control accuracy and better static performance, but also with low cost. Accurate position and velocity signals are the key point of the high performance. In conventional motion control, mechanical sensor is used for this purpose. However this additional sensor with high cost and low reliability is impacted by temperature, humidness and concussion. So the application of position/velocity sensor is limited. Therefore, speed sensorless control has become a hot research topic.

In this paper, different sensorless estimation algorithms.are compared and analyzed, Extended Kalman Filter (EKF) is applied in sensorless control of PMSM because of its advantage. Vector control principle of PMSM and Kalman Filtering are analyzed in detail. The rotor angle and speed of PMSM are estimated online by EKF-based estimator which is constructed in static coordinate. Selection criteria for matrix parameter is summarized through simulation, and the method is proved to be of good angle tracking precision, speed-control performance and robust. Reduced-order EKF is designed to avoid large computing capacity of EKF. Good tracking performance for rotor angle is also approved by simulation.

Finally, the related software and hardware platform are introduced. Control circuit with MC56F8346 digital signal processor (DSP) and main circuit are thoroughly discussed. The software has been programmed in C. The flow charts of main program of the system are presented. The system is debugged and experimental results with Metrowerks Code warrior have been analyzed. The results confirmed the validity of the Reduced-order EKF.

Key Words: permanent magnet synchronous motors (PMSM), sensorless technology, vector control, Extended Kalman Filter (EKF), digital signal processor (DSP)

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基于DSP的永磁同步电机无传感器控制系统的研究

南京航空航天大学硕士学位论文

目 录

第一章 绪 论......................................................................................................................................1

1.1 课题背景.....................................................................................................................................1

1.2 永磁同步电机控制系统发展的动向..........................................................................................1

1.2.1 全数字化伺服系统...............................................................................................................1

1.2.2 现代控制理论的应用........................................................................................ …… 此处隐藏：23611字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……