內藏式永磁同步馬達之電流注入線上參數估測與智慧型電流迴路控制

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林威廷(Wei-Ting Lin) 查詢紙本館藏

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電機工程學系

論文名稱

內藏式永磁同步馬達之電流注入線上參數估測與智慧型電流迴路控制
(Current Injection Based Online Parameters Estimation for IPMSM Drive System with Intelligent Current Loop Control)

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摘要(中)

本文提出一利用d軸電流注入線上參數估測，該方法可以於內藏式永磁同步馬達驅動系統在不同的運行條件下估測由電流控制電壓源變流器引發的失真電壓、由磁飽和現象引發的dq軸電感變化以及轉子磁通量。首先，利用dq軸電壓、電流和電源轉速的平滑值來估算電流控制電壓源變流器失真電壓和內藏式永磁同步馬達參數。此方法可以有效消除電壓、電流和轉子位置的測量誤差對估測的影響。然後，使用簡化的線性模型對電流注入其間dq軸電感的交互飽和及自飽和現象進行建模，此外，線性模型的參數式通過使用遞迴最小平方法估算出的。由於僅使用遞迴最小平方法難以獲得d軸未飽和電感，因此提出了一種新的d軸未飽和電感的調變方式，該方式為利用每安培最大轉矩理論結合遞迴最小平方法。
接著在電流迴路的解耦控制中使用估測出的dq軸電感及轉子磁通量以確保在不同的運行條件下都能正確解耦。此外，為了提高電流迴路的控制性能和頻寬，採用一比利積分微分類神經網路控制器，並採用改進的線上學習法則來取代傳統的比例積分控制器。最後，由內藏式永磁同步馬達在不同運行條件下的實驗結果，證明所提出的估算和控制策略的有效性。

摘要(英)

An online parameter estimation method using d-axis current injection, which can estimate the distorted voltage of the current-controlled voltage source inverter (CCVSI), the varying dq-axis inductances and the rotor flux, is proposed in this study for interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives under different operating conditions. First, a d-axis current injection-based parameter estimation method considering the nonlinearity of a CCVSI is proposed. Then, a simplified linear model is employed to model the cross- and self-saturation of the dq-axis inductances during current injection. Since the d-axis unsaturated inductance is difficult to obtain by merely using the recursive least square (RLS) method, a novel tuning method for the d-axis unsaturated inductance is proposed by using the theory of the maximum torque per ampere (MTPA) with the combination of the RLS method. Moreover, the estimated dq-axis inductances and magnetic flux of the rotor are then adopted in the decoupled control of the current loops. Furthermore, to improve the bandwidth of the current loop, a proportional–integral–derivative neural network (PIDNN) controller is adopted with improved online learning algorithm to replace the traditional PI controller. Finally, the experimental results at various operating conditions of the IPMSM are given.

關鍵字(中)

★ 線上參數估測
★ d軸電流注入
★ 內藏式永磁同步馬達
★ 遞迴最小平方法
★ 每安培最大轉矩
★ 比例積分微分類神經網路

關鍵字(英)

★ Online parameter estimation
★ d-axis current injection, Current-controlled voltage source inverter (CCVSI)
★ interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM)
★ recursive least square (RLS)
★ maximum torque per ampere (MTPA) control
★ proportional–integral–derivative neural network (PIDNN)

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧與簡介 2
1.3 本文貢獻 6
1.4 論文大綱 7
第二章內藏式永磁同步馬達變頻驅動器硬體介紹 8
2.1 簡介 8
2.2 變頻器 8
2.3 磁粉式煞車 9
2.4 數位訊號處理器 10
2.5 驅動控制電路板 14
第三章內藏式永磁同步馬達數學模型及電磁轉矩方程式 18
3.1 前言 18
3.2 三相座標轉換 19
3.3 內藏式永磁同步馬達在abc座標系下之數學模型 22
3.4 內藏式永磁同步馬達在αβ座標系下之數學模型 25
3.5 內藏式永磁同步馬達在d-q座標系下之數學模型 28
3.6 凸極式反電動勢定義 31
第四章基於電流注入線上參數估測 34
4.1 前言 34
4.2 內藏式永磁同步馬達電流注入 34
4.2.1 內藏式永磁同步馬達d軸電流注入介紹 34
4.2.2 電流控制電壓源變流器之非線性 37
4.2.3 平滑值 39
4.3 估算參數 41
4.3.1 估算失真電壓項及q軸電感 41
4.3.2 遞迴最小平方演算法估算參數 42
4.4 d軸未飽和電感調變 44
第五章比例-積分-微分類神經網路 46
5.1 前言 46
5.2 比例-積分-微分類神經網路架構 46
5.3 線上學習法則 48
5.4 網路收斂性 50
第六章智慧型電流內迴路控制與量測頻寬 53
6.1 前言 53
6.2 智慧型電流內迴路控制設計 53
6.3 動態訊號分析儀量測閉路波德圖 54
6.3.1 動態訊號分析儀 54
6.3.2 量測閉路波德圖原理 55
第七章模擬與實驗結果 57
7.1 前言 57
7.2 基於d軸電流注入線上參數估測實驗結果 59
7.2.1 電流逐點紀錄法實驗結果 59
7.2.2 參數估測實驗結果 61
7.3 智慧型電流內迴路模擬與實作結果 64
7.3.1 模擬結果 64
7.3.2 實驗結果 75
第八章結論與未來研究方向 84
8.1 結論 84
8.2 未來展望 85
參考文獻 86
作者簡歷 90

參考文獻

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指導教授

林法正

審核日期

2021-8-18

推文