永磁同步电机无传感器新型滑模观测器研究

发布时间：2017-08-10 20:12

  本文关键词：永磁同步电机无传感器新型滑模观测器研究

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【摘要】：永磁同步电动机(PMSM)因其小尺寸、重量轻、高效率、噪声低等优点,已经被广泛地应用于高精度控制系统、高效节能速度控制系统中,如机器人、新能源汽车、风机等。实现PMSM矢量控制的关键之处是正确精准地得到电机转速与转子位置信息,这常常由安装的外置或内置的机械传感器采集获取的。然而,使用这类传感器,将增加使用成本,限制PMSM的应用领域并降低系统可靠性。是以,研究基于无传感器的PMSM控制技术拥有非常重要的现实意义。滑模观测器(SMO)具有简单的结构,并容易实现,对参数变化和外部扰动不敏感,是PMSM中高速无传感器控制研究的一大热点。本文针对滑模控制中的“抖振”这一问题,研究了一种PMSM新型SMO的设计方法,用于无传感器矢量控制系统中,旨在保证滑模观测优势和精度的同时削弱滑模“抖振”,增强滑模观测器观测的精度和抗干扰能力。首先,阐述了使用机械传感器带来的多种问题,阐明了无传感器技术的重要性,探讨了主要的几种电机的无传感器控制方式和各自的优缺点,说明了当前滑模观测器的几个主要研究方向。其次,推导了PMSM在电压、转矩、磁链等方面的数学公式模型,概述了坐标变换公式和使用矢量控制策略的原因,简述和分析滑模变结构控制理论,并探讨了产生抖振原因和削弱的方式。在传统滑模控制理论基础上,将传统符号函数替换为可变饱和函数,使用可变饱和函数可以有效减少不连续函数引发的系统抖振;使用滞后可变补偿来增加对所述位置估计的准确性;使用由低通可变截止滤波器和卡尔曼滤波器组成的改进二级滤波器对滑模观测器进行改进滤波,降低了测量与系统误差的干扰,增强了观测能力和系统抗扰动能力。最后,在dSPACE半实物仿真平台上设计和实现了PMSM新型SMO控制系统,在Control Desk NG上完成了实验并对实验结果进行了分析。实验结果表明,本文设计的PMSM新型SMO可以很好的估计电机位置和转速信息,用于PMSM无传感器矢量控制系统具有可行性与可靠性;采用变饱和函数作为切换函数可以显著地削弱因使用不连续函数带来的系统抖振;设计的变滞后补偿器可以很好地补偿因使用低通滤波器引起的相位延迟,提高观测器对位置估计的准确性;使用由低通变截止滤波和卡尔曼滤波组成的改进二级滤波器对滑模观测器进行改进滤波,可以有效地提高滤波效果,降低反电势观测误差,提高位置与速度估算计算时的准确度,大大增强了系统的鲁棒性。
【关键词】：永磁同步电机 滑模观测器 dSPACE 无传感器控制 抖振
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 无传感器控制技术研究现状12-16
• 1.2.1 永磁同步电机的控制方法12-13
• 1.2.2 无传感器控制技术的国内外研究现状13-16
• 1.3 论文主要内容16-18
• 第二章 永磁同步电机数学模型及滑模变结构原理18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 永磁同步电机数学模型18-22
• 2.2.1 电压平衡与磁链方程18-19
• 2.2.2 坐标变换与反电势计算19-21
• 2.2.3 PMSM矢量控制策略21-22
• 2.3 滑模控制理论22-27
• 2.3.1 滑模变结构控制原理23-25
• 2.3.2 抖振产生的原因与削弱25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于变饱和函数的PMSM-SMO无传感器控制设计28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 PMSM-SMO无传感器控制设计28-32
• 3.2.1 滑模观测器设计29-30
• 3.2.2 稳定性分析30-31
• 3.2.3 转子位置估算方法31-32
• 3.3 基于变饱和函数的SMO设计32-34
• 3.3.1 变饱和函数设计32-33
• 3.3.2 变低通滤波器滞后补偿设计33-34
• 3.4 基于变饱和函数PMSM-SMO设计及实验验证34-43
• 3.4.1 改进滑模观测器设计及实现35-37
• 3.4.2 实验结果及分析37-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 PMSM无传感器新型滑模观测器设计44-57
• 4.1 引言44
• 4.2 基于改进滤波器的新型滑模观测器设计44-48
• 4.2.1 低通变截止滤波器设计44-45
• 4.2.2 卡尔曼滤波器设计45-47
• 4.2.3 基于改进滤波器的转子位置估算方法47-48
• 4.3 PMSM新型SMO模型设计及实验验证48-56
• 4.3.1 PMSM新型SMO模型设计48-50
• 4.3.2 实验结果及分析50-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 基于dSPACE的新型滑模观测器设计与实验验证57-68
• 5.1 引言57-58
• 5.2 基于dSPACE的新型滑模观测器设计58-64
• 5.2.1 基于dSPACE的系统总体设计58-60
• 5.2.2 基于dSPACE的系统模块设计60-64
• 5.3 Control Desk NG简介64-66
• 5.4 实验结果与分析66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 全文总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68
• 6.2 后续工作展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间取得的成果76-77

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本文编号：652443