永磁同步电机的改进型MRAS控制研究

发布时间：2021-03-31 15:27

　　永磁同步电机（PMSM）具有效率高、转动惯量大、动态响应速度快等优点,在大功率交流传动领域具有明显的优势。而永磁同步电机是一个强耦合、复杂的非线性系统,对其的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,然而依赖使用光电编码器、旋转变压器等机械式传感器来获得转子位置及转速,使得电机系统体积大,成本高,抗干扰能力下降,近年来电机的无位置传感器控制成为研究热点。本文基于模型参考自适应（MRAS）的转速辨识方法。为了让其能够工作在较低速情况下获得更宽的调速范围,本文针对传统电压模型在电机低速运转时因纯积分器的误差累积及零点漂移的缺陷,基于定子磁链与反电势正交的补偿算法,设计出一种新型积分器。对比采用一阶低通滤波器、幅值限定积分器等方法去替代纯积分器,本文设计的积分器具有自适应性,能对定子磁链进行实时补偿,并将补偿量自动调整到最优,提高了系统的动态响应特性,从本质上消除了纯积分环节带来的问题。本文在此基础上设计了基于该新型积分器的改进型电压模型,构建基于新电压模型的定子磁链观测器,并结合简化的可调模型搭建了MRAS模型,使得该改进的MRAS算法能够在较低速场合也能有良好的测速性能,使其获得较传统算法更为... 

【文章来源】：冶金自动化研究设计院北京市

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

永磁同步电机坐标轴系（1）Clarke变换：三相静止坐标系转换到两相静止坐标系

永磁同步电机无位置传感器控制原理13图2-3PMSM矢量控制结构如上图，矢量系统为转速外环和定子电流内环的双闭环控制结构。由电机端测量得到的定子三相电流iabc和传感器获得的转子角位置θ经过坐标变换得到id、iq测量值，转速给定值ω*与测量值ω差值通过转速调节环节输出转矩电流给定值iq*，给定id*=0与iq*分别与坐标变换得到的id、iq比较，通过电流调节器得到电压信号u*，通过SVPWM模块产生逆变器的开关信号，控制电机的运行。2.2基于新型积分器的定子磁链观测器设计本文对于磁场定向控制的永磁同步电机所设计的无位置传感器算法，其电机的转子角的计算依赖于磁链信息，因此磁链观测器的设计十分重要，而传统的磁链观测器含有的纯积分器在低速时性能不佳，即存在积分初值问题和直流偏置，现在较多采用低通滤波器去替代纯积分器，这样虽然能够有效减少观测磁链中的直流成分，但是同时会引起磁链的幅值衰减和相位偏移[33]；为此人们把纯积分器替换为一阶带限幅的低通滤波器，由此直流成分得到充分抑制，又可以抑制幅值衰减，然而限幅带来的相位偏差却无法有效解决[34]；随后，人们又设计了带反馈的幅值限定的积分器，这种方法消除了磁链的直流成分，同时由于反馈环节的存在，该积分器能够对幅值和相位误差进行补偿，但是该方法不适合电机磁链随时变化的场合，应用领域十分有限。

冶金自动化研究设计院硕士学位论文16避免一阶低通滤波器带来的幅值和相位误差，同时能够跟踪定子磁链通过反馈补偿量调节磁链变化引起的误差。2.2.2基于新型积分器的电机定子磁链观测器根据式2-12所得到的新型积分器所设计的定子磁链观测器如下图2-4所示：图2-4新型定子磁链观测器原理框图图中///euRi=为反电势，22=+为定子磁链幅值，这里把磁链补偿值转换到极坐标系下，把磁链的幅值和相角分开考虑，保持相角不变，只需要调整幅值，允许磁链幅值变化没有限定。因此当反电势矢量e和定子磁链矢量ψ夹角大于90°时，导致反馈的变量过大，此时通过PI调节器输出负的值使磁链幅值减小；当两者的夹角小于90°时，即反馈过小，此时PI调节器输出正的值使磁链幅值增大。总之，该观测器可以根据正交性误差自动调节定子磁链，解决积分器的传统问题。2.3基于新型磁链观测器的改进型模型参考自适应控制近年来，随着永磁同步电机控制的广泛应用，其转速的检测越来越依赖高性能的控制策略，传统的带速度传感器的电机控制方案，由于传感器的安装会导致系统运行维护成本高，环境适应性差，鲁棒性不高，会导致速度检测误差较大，所以现在无位置传感器控制越来越成为研究的热点。目前，应用广泛的方法有反


本文编号：3111666