基于滑模观测器的船舶永磁同步电机无位置传感器控制研究

发布时间：2017-12-24 05:12

本文关键词：基于滑模观测器的船舶永磁同步电机无位置传感器控制研究　出处：《大连海事大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,由于船舶电力推进系统可以降低燃油消耗、提高船舶操纵性能和节约船舶空间等优点,使其成为船舶动力系统的主要发展方向。永磁同步电动机具有高效率、功率密度大和动态响应快等特点,在船舶紧凑型吊舱式电力推进系统中做为船舶推进电机得到了广泛应用。永磁同步电动机无位置传感器控制策略有利于提高船舶永磁同步电动机驱动系统的可靠性,降低系统对工作环境的要求,具有重要研究意义。本文以滑模观测器为基础,对船舶内置式永磁同步电机的转子位置及转速进行估计,实现永磁同步电机无位置传感器控制。研究内容包括以下几个方面：船舶永磁同步电动机变频调速控制理论及螺旋桨负载特性的分析。建立了船舶内置式永磁同步电动机的数学模型,在其基础上对永磁同步电动机矢量控制和直接转矩控制方法进行了研究。通过对船舶螺旋桨负载特性的分析,建立了螺旋桨负载特性数学模型,并结合船舶数据对其进行了仿真研究。依据螺旋桨负载转矩特性及船舶永磁同步电机运行工况的特点,选取了适合于船舶永磁同步电机无位置传感器运行的控制策略。新型滑模观测器的永磁同步电动机转子位置和转速估算策略研究。在矢量控制理论的基础上,以永磁同步电机两相旋转坐标系下的dq轴电流为状态变量建立状态方程,同时以实际电流和观测电流的差值做为滑模面,构建滑模观测器。通过李雅普诺夫稳定性理论分析,推导得出了观测器中反馈增益及滑模开关增益的取值条件以及电机转速观测值的计算表达式。同时采用极点配置的方法实现了观测器中反馈增益参数的选取,保证了系统的稳定性。在理论分析的基础上建立了基于新型滑模观测器的船舶永磁同步电机无位置传感器控制系统仿真模型,仿真实验结果验证了设计的滑模观测器的稳定性和可行性。滑模观测器性能优化方面的研究。针对滑模观测器中的抖振及参数优化整定问题,引入sigmoid函数代替传统滑模观测器中的开关函数,根据系统滑模面所处的状态对滑模开关增益值进行模糊优化调节,结合连续开关函数及开关增益优化调节的方法,‘降低了观测器系统中的抖振。采用粒子群智能优化算法,以转速误差绝对值与时间乘积的积分值做为粒子群算法中的性能评价函数,实现了观测器中四个可调参数的优化整定。仿真实验结果表明滑模观测器改进后,估计性能得到优化。船舶永磁同步电机低速起动运行的研究。针对电机转子初始位置检测的问题,建立了永磁同步电机在旋转高频激励下的数学模型,通过对包含转子位置信息的高频载波电流进行相应解调处理得到估计误差信号,利用基于锁相环技术的转子位置观测器得到估计转子位置信息,实现了永磁同步电机转子初始位置的有效检测。结合设计的滑模观测器对船舶永磁同步电机低速起动及中高速加速运行工况进行了分析,实现了船舶永磁同步电机无位置传感器稳定运行。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.11;TM341

【参考文献】