电动汽车用永磁同步电机驱动系统抗干扰控制策略研究

发布时间：2020-03-27 07:45

【摘要】：由于结构简单、效率高、功率密度高等优势,永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine,PMSM)被广泛应用于电动汽车等工业领域。永磁同步电机具有强耦合、多变量、非线性等特点,加上电动汽车复杂的运行环境造成的参数变化等干扰,使其驱动系统的动态和静态性能受到影响,因此需要设计高可靠性与高性能的永磁同步电机驱动控制算法来解决这些问题。本文首先分析了永磁同步电机运行中面临的各种扰动,如电机建模误差与参数变化、逆变器误差、外部干扰等。其次,本文分析了永磁同步电机模型和矢量控制系统,研究了控制器参数的设计原则和电流解耦控制方法。然后,结合滑模控制(Sliding mode control,SMC)理论,本文设计了永磁同步电机滑模转速抗干扰控制器,并分析了滑模控制的抖振问题,揭示了传统滑模中趋近速度、抗扰动性能与抖振之间的矛盾。进而本文提出从滑模面设计、优化切换函数/趋近律等方面对控制器进行了改进,推导出永磁同步电机转速环二阶模型,进一步设计了永磁同步电机二阶非奇异终端滑模和超螺旋转速控制器,有效提高了电机控制驱动系统对外部干扰的鲁棒性和动态响应速度。然后,本研究将永磁同步电机状态方程分为理想模型和不确定干扰两部分进行考虑,并把后者视作永磁电机的扩展状态并构建干扰观测器。进而,研究将观测出的干扰补偿给滑模转速控制器,使驱动系统的抗干扰能力得到了极大地增强,这样滑模控制器的切换增益可以减小,因而降低了抖振问题。本文中设计的干扰观测器包括:基于永磁同步电机运动方程的一阶滑模干扰观测器、基于二阶转速模型的高阶滑模观测器、基于的微分器的干扰观测器、不确定干扰估计器等,经过干扰观测补偿,传统电流控制器的参数依赖性得到消除。针对恶劣环境下的永磁同步电机传统滑模观测器输出的扩展反电动势精度低、噪声大等缺点,本文提出采用新型高阶滑模对扩展反电动势进行观测,并经过具有良好滤波能力的陷波滤波器进行滤波,这样可以获得良好的扩展反电动势。然后研究采用锁相环方法准确提取出永磁同步电机的转子位置和转速。最后,本文分析了传统转子磁链观测器的缺点,包括一阶积分器的直流偏移和饱和效应、低通滤波器的幅值衰减和相位偏移等问题。进而,本文提出具有自动滤波能力的二阶广义积分磁链观测器和高阶广义积分磁链观测器,克服了上述传统方法的缺点。其中,高阶广义积分磁链观测器对直流和谐波干扰都具有很强的抑制能力,可准确观测出转子磁链,并实现宽调速范围内的永磁同步电机无位置传感器控制。
【图文】：

（a） （b）图 2-2 永磁同步电机结构图 （a）表贴式和（b）内置式究对象为表贴式永磁同步电机，，为了获得更好的调速性过程中的电机模型变化复杂。一般采用简化近似进行分析中用到的坐标系及相应各个矢量的关系图如图 2-3 所，rψ 为转子永磁体磁链矢量。aβdαqf r r 图 2-3 永磁同步电机坐标系及矢量图常用的三种坐标系建立永磁同步电机数学模型，为后续

PI转速控制仿真结果
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】

相关期刊论文 前8条

1 莫会成;闵琳;;现代高性能永磁交流伺服系统综述——传感装置与技术篇[J];电工技术学报;2015年06期

2 夏元清;付梦印;邓志红;任雪梅;;滑模控制和自抗扰控制的研究进展(英文)[J];控制理论与应用;2013年02期

3 李晓宁;赵现枫;黄大贵;邵伟;;基于单神经元的永磁同步电机解耦控制[J];控制理论与应用;2012年07期

4 王宏佳;杨明;牛里;徐殿国;;永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法[J];电机与控制学报;2012年02期

5 郑剑飞;冯勇;杨旭强;;非匹配不确定多变量系统高阶终端滑模控制[J];电机与控制学报;2009年01期

6 刘志刚;李世华;;基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器[J];中国电机工程学报;2008年24期

7 张希;陈宗祥;潘俊民;王杰;;永磁直线同步电机的固定边界层滑模控制[J];中国电机工程学报;2006年22期

8 孙丹,贺益康;基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制[J];中国电机工程学报;2005年12期

相关博士学位论文 前10条

1 张国强;内置式永磁同步电机无位置传感器控制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 牛里;基于参数辨识的高性能永磁同步电机控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 张晓光;永磁同步电机调速系统滑模变结构控制若干关键问题研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 齐亮;基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用[D];华东理工大学;2013年

5 卢达;永磁同步电机调速系统控制策略研究[D];浙江大学;2013年

6 刘颖;永磁同步电机脉振高频信号注入无位置传感器技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

7 王子辉;永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究[D];浙江大学;2012年

8 李冉;永磁同步电机无位置传感器运行控制技术研究[D];浙江大学;2012年

9 王松;永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究[D];北京交通大学;2011年

10 杨建飞;永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D];南京航空航天大学;2011年

相关硕士学位论文 前8条

1 任建俊;基于不确定干扰估计器的控制及永磁同步电机驱动应用研究[D];南京航空航天大学;2017年

2 张耀中;永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究[D];浙江大学;2015年

3 李卓敏;永磁同步电机转子位置观测误差自适应补偿方法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 刘军;基于滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制的研究[D];浙江大学;2014年

5 周恒;基于空间矢量PWM控制的永磁同步电机驱动系统的研究[D];华南理工大学;2012年

6 王伟颖;永磁同步电机抗负载扰动控制策略研究[D];浙江大学;2012年

7 曹文超;永磁同步电机直接转矩控制的定子磁链观测方法研究[D];华中科技大学;2011年

8 汤新舟;永磁同步电机的矢量控制系统[D];浙江大学;2005年

本文编号：2602694