基于新型超螺旋滑模自适应观测器的永磁同步电机转速估计策略

发布时间：2021-11-18 00:37

　　为了提高传统基于模型参考自适应系统（model reference adaptive system, MRAS）的转速估计策略的动态性能和鲁棒性,提出了一种基于新型超螺旋滑模自适应观测器（super-twisting algorithm adaptive observer, STA-AO）的转速估计策略。首先,在MRAS结构的基础上加入了反馈校正环节,提高参考模型输出和可调模型输出之间误差的收敛速度。其次,在STA-AO中引入超螺旋滑模算法替代观测器中的PI自适应机构,提高观测器的鲁棒性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件和由TMS320F28335控制的500 W永磁同步电机进行仿真和实验验证。结果表明:相比于基于MRAS的转速估计方法,在其基础上改进提出的STA-AO能使得转速估计误差更快地收敛到零,并且当电机参数发生摄动时,STA-AO对转速估计的准确性所受影响更小。因此,相比于基于MRAS的估计策略,基于STA-AO的估计策略有着更加良好的动态性能和鲁棒性。 

【文章来源】：高电压技术. 2020,46(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

基于STA-AO的PMSM无速度传感器调速系统框图

?额定功率/W500额定转速/(r·min1)3000极对数4定子电阻/4.54定子电感/mH12.16转动惯量/(kg·m2)0.000166粘滞摩擦系数0.0003035转子永磁体磁链/Wb0.088333计策略在动态性能上的提升，在第1组测试中，进行调速对比试验。空载条件下，在0s的时候，将电机参考转速设定为50%额定转速即1500r/min之后，在0.1s时，将参考转速变为100%额定转速即3000r/min。2种估计策略对应的仿真结果如图5所示。其中，转速估计误差为2种估计策略下实际转速和估计转速之间的误差。从图5的仿真结果来看，将MRAS方法用于转速估计时，最大转速估计误差>40r/min，而使用本文提出的STA-AO进行速度估计时，最大的转速估计误差<20r/min。同时，根据图5中的标注来看(实竖线代表MRAS估计策略下误差收敛到零的位置，虚竖线代表STA-AO估计策略下误差收敛到零的位置)，相比于MRAS方法，基于STA-AO估计策略的转速估计误差收敛到零所用的时间也更短。为了对本文提出的基于STA-AO的估计策略在动态性能上的提升进行进一步的验证，现对基于MRAS和STA-AO这2种估计策略的系统抗扰性能进行测试。在测试中，首先设置电机的参考转速为1200r/min，带50%的额定负载即0.8N·m的负载启动，在0.07s时，将负载转矩突变为额定负载即1.59N·m，在0.13s时，再将负载转矩从1.59N·m图5参考转速变化时基于2种估计策略的转速估计情况仿真对比Fig.5Simulationcomparisonofspeedestimationbasedontwoestimationstrategieswhenreferencespeedchanges突变为0.8N·m。仿真得到2种估计策略对应的结果如图6所示。从图6的仿真结果来看，相比于基于MRAS的转速估计策略，?

孙恺英，李冬辉，姚乐乐，等：基于新型超螺旋滑模自适应观测器的永磁同步电机转速估计策略3773改写的目的是为了方便后续的推导。进一步地，将式(2)中的定子电流和转速替换为估计值，可以得到MRAS的可调模型rrd1ddddqqqRiiuLtiRiLuLωω′′′=+′′′(5)式中，带有“”的变量表示相应的估计值。从图1中可以看出，参考模型的输出为定子电流的实际值，可以直接通过从PMSM测得的三相定子电流经坐标变换得到。可调模型的输出为定子电流的估计值。将式(2)和式(5)相减，得到关于定子电流的误差动态方程()rrdddddddqqqeeiteeitAJωω′=′(6)其中rr01,,,10dddqqqRLeiieiiRLωωAJ=′′=′′==(7)式中：ed和eq分别为励磁电流和转矩电流所对应的估计误差。根据Popov超稳定理论，使用传统MRAS转速估计方法得到的估计转速可表示为()ifrpdqdqqqKKiiiiiisLω=+(8)式(8)所代表的自适应机构可以被看作一个PI控制器，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数；1/s为积分算子。当参考模型输出与可调模型输出之间的误差收敛到零时，电机转速的估计值将达到对应的实际值。同时，结合式(8)和图1来看，电机转速的估计值为可调模型中的可调参数。2.2基于自适应观测器的转速估计策略为进一步提高传统MRAS中2个模型输出之间误差的收敛速度，本文在MRAS结构的基础上进行改进，引入了误差校正环节，构建自适应观测器，使得可调模型的输

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本文编号：3501870