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工学硕士学位论文

基于线性霍尔的交流永磁同步电机伺服驱
动系统

硕士研究生:付彦超
导师:胡建辉副教授
申请学位:工学硕士
学科:电气工程
所在单位:电气工程及自动化学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TM351
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

PERMANENT SYNCHRONOUS
MOTOR SERVO SYSTEM BASED ON LINEAR
HALL SENSORS

Candidate: Fu Yanchao
Supervisor: . Hu Jianhui
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Electrical Engineering
Affiliation: School of Electrical Engineering
and Automation
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
交流永磁同步电机具有功率密度高、输出转矩大、控制相对简单等优点,
在航空航天、国防及家用电器等领域中得到了广泛地应用。随着新结构的电机
及新型控制策略的不断涌现,电机及其驱动器的紧凑化、小型化及轻量化已成
为当前交流永磁同步电机伺服驱动系统的发展趋势。本文针对交流永磁同步电
机伺服驱动系统主要做了以下四方面的研究工作:
利用线性霍尔元件设计了一种与电机紧密结合的转子位置传感器。通过优
化传感器内的永磁体磁环获得了正弦形状的气隙磁场;对该传感器进行了误差
分析,并在硬件上采取相应措施进行误差补偿;在不同的温度下校验了该传感
器的精度。
应用多种判据对传感器误差的分布规律进行检验,并以检验结果为依据,
分别针对 DSP 解码出的位置信号和传感器的输出信号设计了卡尔曼滤波器和
扩展的卡尔曼滤波器来消除信号中的噪声干扰;通过综合对比两种滤波器的性
能,最终选定卡尔曼滤波器来提高转子位置的量测精度。
设计 PMSM 伺服系统中电流环的内模控制器,以实现对电机交、直轴电压
的完全解耦控制;设计速度环的 PI 调节器;利用解码出来的电机转子位置信号
实现 PMSM 的高精度矢量控制。
针对电流环内模控制理器对模型参数较敏感的缺点,利用波波夫超稳定性
理论设计 PMSM 定子电阻和电感的模型参考自适应控制系统,使其能够对定子
电阻及电感进行准确辨识,进而实现电流内模自适应控制,提高了 PMSM 伺服
系统的鲁棒性和控制精度。

关键词:永磁同步电机;线性霍尔;卡尔曼滤波器;内模控制;模型参考自适
应

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Permanent synchronous motors (PMSM) have many advantages such as
high power density, high output torque and simple operation etc. Therefor, they have
been wildly used in many fields like aerospace, national defense, home appliances
and so on. With the emergence of new structure motor and novel control strategy,
miniaturization, integration and lightweight of the motor and its driver have e
the mainstream trend. In this thesis, the following ground topics around several key
technologies of the PMSM sevor syste