永磁同步电机的无速度传感器控制研究

发布时间：2017-04-11 12:20

  本文关键词：永磁同步电机的无速度传感器控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在高性能永磁同步电机伺服系统中,通常需要安装速度传感器来反馈转速信号,从而实现闭环控制。但是,随着对控制精度的要求越来越高,使用速度传感器所带来的成本升高、安装困难、系统体积变大、无法适应恶劣环境等问题极大地制约了永磁同步电机的应用。为解决这些问题,对永磁同步电机无速度传感器控制的研究已成为交流伺服研究领域的一个重要方向。因此,本文围绕永磁同步电机的无速度传感器控制技术展开理论研究,并通过仿真和实验对研究成果进行了验证和分析,实现了对永磁同步电机的无速度传感器控制。第一,研究了永磁同步电机的数学模型和SVPWM算法；建立了三相逆变器的数学模型,将其同永磁同步电机的数学模型联系起来；分析、设计了基于电流前馈解耦控制策略和基于Lyapunov法的控制器,比较了两种方法在永磁同步电机矢量控制系统中的差别。第二,研究了滑模变结构控制,将其应用到永磁同步电机无速度传感器控制中,详细分析和推导了传统滑模观测器无速度传感器控制方法和原理,引入用sigmoid函数代替传统sign函数,简化了滑模观测器结构,削弱了抖振,提高了系统稳定性和可靠性。第三,针对传统滑模观测器存在观测误差较大的问题,引入了一种基于静止坐标系的自适应滑模观测器,有效地消除了误差,提高了稳态精度；针对无法实现电机正反转的问题,提出了一种考虑频率变化的数字锁相环的椭圆拟合方法,实现了电机的正反转控制。第四,针对锁相环引起系统动态响应变慢且计算量大的问题,提出了一种新颖的基于旋转坐标系自适应滑模观测器的无速度传感器控制方法；分析了逆变器死区时间引起的死区效应对永磁同步电机无速度传感器控制算法的影响,并在模型电机中考虑了死区引起的电压变化,大大减小了相位辨识误差。第五,研制了永磁同步电机无速度传感器实验平台,对本文所提的各种理论算法进行了实验验证,实现了永磁同步电机无速度传感器控制。
【关键词】：永磁同步电机 无速度传感器控制 滑模观测器 自适应 死区补偿
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 永磁电机的发展概况10-11
• 1.3 永磁同步电机无速度传感器控制研究现状11-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 2 永磁同步电机的矢量控制15-41
• 2.1 常用坐标系和坐标变换15-18
• 2.1.1 常用坐标系15
• 2.1.2 坐标变换15-18
• 2.2 永磁同步电机的数学模型18-23
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型19-21
• 2.2.2 两相静止坐标系下的数学模型21-22
• 2.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型22-23
• 2.3 三相逆变器数学模型23-25
• 2.4 空间矢量脉宽调制技术25-33
• 2.4.1 SVPWM基本原理26-27
• 2.4.2 SVPWM算法27-33
• 2.5 永磁同步电机矢量控制策略33-38
• 2.5.1 前馈解耦控制器设计34-35
• 2.5.2 基于Lyapunov法的控制器设计35-38
• 2.6 仿真验证及分析38-41
• 3 基于滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制41-49
• 3.1 滑模理论基础41-42
• 3.1.1 滑模变结构控制基本原理41
• 3.1.2 滑模变结构控制系统的抖振问题41-42
• 3.2 滑模观测器设计42-45
• 3.2.1 滑模观测器数学模型42-44
• 3.2.2 稳定性证明44-45
• 3.3 仿真验证及分析45-49
• 4 基于静止坐标系自适应滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制49-61
• 4.1 静止坐标系自适应滑模观测器设计49-53
• 4.1.1 静止坐标系自适应滑模观测器数学模型49-52
• 4.1.2 稳定性证明52-53
• 4.2 考虑频率变化的数字锁相环设计53-57
• 4.2.1 锁相环结构及实现53-55
• 4.2.2 递推最小二乘法椭圆拟合55-56
• 4.2.3 仿真验证及分析56-57
• 4.3 仿真验证及分析57-61
• 5 基于旋转坐标系自适应滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制61-74
• 5.1 旋转坐标系自适应滑模观测器设计61-68
• 5.1.1 旋转坐标系自适应滑模观测器数学模型61-63
• 5.1.2 稳定性证明63-64
• 5.1.3 基于Lyapunov法的控制器设计64-65
• 5.1.4 仿真验证及分析65-68
• 5.2 考虑死区的旋转坐标系自适应滑模观测器设计68-74
• 5.2.1 死区效应分析68-70
• 5.2.2 死区补偿算法70
• 5.2.3 考虑死区的旋转坐标系自适应滑模观测器数学模型70-71
• 5.2.4 仿真验证及分析71-74
• 6 永磁同步电机无速度传感器控制实验平台设计74-91
• 6.1 系统硬件设计74-81
• 6.1.1 TMS320F28335最小系统设计74-77
• 6.1.2 主电路设计77-78
• 6.1.3 驱动电路设计78
• 6.1.4 信号检测电路设计78-79
• 6.1.5 A/D转换电路设计79-80
• 6.1.6 手操器设计80-81
• 6.2 系统软件设计81-87
• 6.2.1 主程序设计81-82
• 6.2.2 中断程序设计82-83
• 6.2.3 通讯程序设计83-85
• 6.2.4 手操器程序设计85-87
• 6.3 实验结果87-91
• 6.3.1 基于静止坐标系自适应滑模观测器实验结果87-88
• 6.3.2 基于旋转坐标系自适应滑模观测器实验结果88-91
• 7 总结与展望91-93
• 7.1 全文总结91
• 7.2 展望91-93
• 参考文献93-101
• 附录101-102
• 致谢102-103
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果103-104

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