永磁同步电机参数在线辨识的研究

发布时间：2017-07-20 14:13

  本文关键词：永磁同步电机参数在线辨识的研究

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【摘要】：永磁同步电机以其高效、高转矩惯量比、小体积等优点被广泛应用于工业控制中。在高性能永磁同步电机控制系统中,电机参数变化会直接影响到系统控制性能。为了提高电机的运行效率,需要电机控制系统具有参数在线辨识的功能。本文以永磁同步电机为研究对象,在矢量控制的基础上,对其负载转矩观测和转动惯量辨识两个方面进行了研究。首先,本文建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,详细阐述了矢量控制理论,并给出了永磁同步电机速度、电流双闭环控制系统框图。其次,对负载转矩观测器的两种方法即状态观测器法和滑模观测器法的观测原理进行了研究。推导出了永磁同步电机负载转矩观测器的公式,并对状态观测器的极点选取进行了改进。改进的状态观测器采用Lyapunov第二法对状态观测器进行分析,给出最优控制性能指标,求出最优状态下的状态反馈增益矩阵K。通过仿真验证了两种算法的可行性和正确性,并讨论了观测器参数对观测性能的影响。再次,阐述了两种在线转动惯量辨识方法:模型参考自适应算法和梯度校正算法的辨识原理,推导出永磁同步电机的转动惯量辨识公式。分析了辨识参数对辨识性能的影响,进行了系统定惯量和变惯量的仿真研究,验证了两种算法的正确性。最后,基于TI公司DSP芯片TMS320F28069搭建了永磁同步电机控制系统硬件平台。进行了负载转矩观测器和转动惯量辨识的软件模块搭建,编写了辨识算法,完成了系统的软硬件调试。实验验证了本课题方案的可行性与正确性。
【关键词】：永磁同步电机 负载转矩观测器 转动惯量辨识 Lyapunov第二法 状态观测器 滑模观测器 模型参考自适应算法 梯度校正算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 永磁同步电机参数在线辨识方法概述13-15
• 1.2.1 电机数学模型13
• 1.2.2 参数辨识方法13-15
• 1.3 永磁同步电机参数智能感知的研究现状15-17
• 1.3.1 永磁同步电机负载转矩观测器的研究现状15-16
• 1.3.2 永磁同步电机转动惯量辨识的研究现状16-17
• 1.4 论文的主要内容17-18
• 第二章 永磁同步电机的数学模型及矢量控制方案18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 永磁同步电机数学模型18-21
• 2.2.1 永磁同步电机在abc三相静止坐标系的数学模型20
• 2.2.2 永磁同步电机在 ?? 轴两相静止坐标系的数学模型20-21
• 2.2.3 永磁同步电机在dq轴两相旋转坐标系的数学模型21
• 2.3 永磁同步电机矢量控制策略21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 永磁同步电机负载转矩观测器24-40
• 3.1 引言24
• 3.2 最优控制的负载转矩状态观测器24-29
• 3.2.1 状态观测器的基本原理24-26
• 3.2.2 状态观测器在永磁同步电机中的应用26-27
• 3.2.3 基于Lyapunov最优控制策略的状态观测器27-29
• 3.3 基于滑模观测器的负载转矩辨识29-32
• 3.3.1 滑模观测器的基本控制原理29-30
• 3.3.2 永磁同步电机负载转矩滑模观测器的设计30-31
• 3.3.3 负载转矩滑模观测器抖振抑制分析31-32
• 3.4 负载转矩观测器的仿真结果和分析32-39
• 3.4.1 仿真模型的建立32-33
• 3.4.2 基于Lyapunov最优控制的状态观测器的仿真结果33-36
• 3.4.3 基于滑模观测器的负载转矩仿真结果36-38
• 3.4.4 两种负载转矩观测器的仿真结果比较38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 永磁同步电机转动惯量辨识40-48
• 4.1 引言40
• 4.2 基于模型参考自适应算法的转动惯量辨识40-41
• 4.3 基于梯度校正算法的转动惯量辨识41-43
• 4.4 转动惯量辨识的仿真结果和分析43-47
• 4.4.1 基于模型参考自适应算法的转动惯量仿真结果43-45
• 4.4.2 基于梯度校正算法辨识转动惯量仿真结果45-46
• 4.4.3 两种转动惯量辨识算法的仿真结果比较46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 永磁同步电机参数智能感知数字控制系统的设计48-65
• 5.1 引言48
• 5.2 系统硬件结构设计48-55
• 5.2.1 DSP核心控制电路设计49-51
• 5.2.2 功率电路设计51-52
• 5.2.3 采样调理电路设计52-53
• 5.2.4 位置和速度检测电路设计53-54
• 5.2.5 故障检测与保护电路设计54-55
• 5.3 系统软件结构设计55-57
• 5.3.1 主程序设计55-56
• 5.3.2 PWM重载中断服务子程序56-57
• 5.3.3 故障中断子程序57
• 5.4 负载转矩观测器实验研究57-61
• 5.4.1 基于状态观测器的负载转矩辨识实验结果57-59
• 5.4.2 基于滑模观测器的负载转矩辨识实验结果59-60
• 5.4.3 实验结果分析60-61
• 5.5 转动惯量辨识实验研究61-65
• 5.5.1 基于模型参考自适应法的转动惯量辨识实验结果61-62
• 5.5.2 基于梯度校正算法辨识转动惯量实验结果62-64
• 5.5.3 实验结果分析64
• 5.5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 全文工作总结65
• 6.2 后续工作展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72

【参考文献】

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本文编号：568415