无人机用无传感器PMSM控制技术研究

发布时间：2020-09-17 21:08

　　无人机作业效率高、使用方便,在军工、民用领域得到了广泛的应用。无传感器控制可以降低成本、提高可靠性,提升了无人机用永磁同步电机的驱动性能。滑模观测器法可以有效地实现无传感器运行,然而该方法会引入抖振和相位滞后问题,本文以无人机用永磁同步电机为对象,对基于滑模磁链观测器的无传感器控制方法进行研究。首先,通过理论分析,建立电机、螺旋桨负载模型,分析滑模变结构控制原理。根据静止轴系中永磁同步电机的二阶状态方程,设计传统滑模观测器完成反电势的观测。通过反正切函数从反电势中提取转子位置,实现无人机动力系统的无传感器控制,并通过MATLAB/Simulink软件对带螺旋桨负载运行时的控制效果进行了验证。然后,针对传统滑模观测器中反电势观测值的滞后与幅值衰减问题,本文研究一种滑模磁链观测器。通过引入磁链方程,采用定子电流与磁链为状态变量构建电机四阶状态方程,选取电流误差为滑模面,构建滑模磁链观测器,根据Lyapunov定理分析了方法的收敛性。基于磁链观测值采用锁相环完成对转子位置的计算,避免了反正切函数和微分运算的引入,提高了位置估算精度。由于使用磁链方程对滑模控制信号进行滤波,避免了低通滤波器的使用,所得位置信号更平滑,且不存在幅值衰减、相位滞后等问题,通过仿真验证了磁链观测器的位置估计效果。滑模磁链观测器建立在电机四阶状态方程的基础上,方程中电阻、电感和转速等变量会对观测结果有一定影响。本文针对无人机飞行时观测器参数与实际值存在偏差的现象,分析定子电阻、电感和转速等参数的误差对观测器观测效果的影响。根据观测误差表达式,结合电流与磁链之间的相位关系,得出参数误差影响下磁链观测值与实际值之间的幅值和相位关系。给出了误差影响下观测值的仿真结果,并设计了电机的启动策略。最后,基于E5000-M10无人机动力系统电机搭建无位置传感器控制实验平台,完成了硬件设计和算法编程实现,对理论分析与仿真结果进行了实验验证。实验结果验证了本文研究的滑模磁链观测器在无人机动力系统中的位置估算效果,同时参数误差的实验结果也与理论分析一致。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341

【相似文献】